Категорія: Популярно про науку

Три утверждения об истории науки, редко формулируемые явно, но часто принимаемые по умолчанию:
1. “Незаменимых у нас нет”. Наука развивается эргодически, если изобрести машину времени и <элиминировать>, по списку, всех признанных гениев за последние двести лет (а чего еще с ней делать-то?), наука, по ответу, будет выглядеть так же – те же открытия сделают другие люди.
2. Ученые не выносят ни малейших противоречий. Если есть экспериментальный факт, не укладывающийся в рамки существующих теорий – люди ночами не спят, все думают, как его объяснить, согласовать с другими, и т.д., и т.п.
3. (Продолжение и развитие 2). Наука основана на эксперименте. Накапливаются факты, не укладывающиеся в рамки существующих представлений… и т.п.
Все три утверждения мне кажутся абсолютно misleading, а первое – не только неверным, но и крайне неприятным.
Прежде всего, “эргодичность” надо правильно понимать. Для достижения равновесного состояния часто надо преодолевать очень высокие энергетические барьеры, и времена, за которые они преодолеваются, могут быть чудовищно велики. Простейший пример: алмаз, как правило, не превращается самопроизвольно в графит. Более провоцирующий: реакции ядерного синтеза не идут самопроизвольно в земных условиях, хотя абсолютно энергетически выгодны. И так далее. Рельеф, по которому мы движемся в процессе познания, очень сложный, изрезанный, и совершенно не факт, что, пропустив случайно перевал, ведущий в залитую солнцем и поросшую цветами долину, мы, за разумное время, найдем обходный путь туда же.
Что касается второго и третьего утверждений, пример, который немедленно приходит в голову (мне) – магнитобиология. Фактов, свидетельствующих о различных биологических эффектах сильных, и, что удивительнее, слабых магнитных полей – вагон и маленькая тележка. Сделать с ними ничего нельзя, т.к. не выработан язык, на котором эти факты следует интерпретировать. Поэтому, что считать фактом, а что нет, есть целиком и полностью вопрос личной веры. (Конечно, этот пример не из самых ярких, но тут я, хотя бы отчасти, могу опереться на личный опыт).
Вернемся к пункту 1. Поиграем в альтернативную историю. Эйнштейна не существует, а наука развивается “правильно” (эксперимент мотивирует теорию, и т.п.). Ограничимся обсуждением лишь теории относительности, которая, к слову сказать, не есть главный вклад Эйнштейна в науку – гипотеза световых квантов важнее и радикальнее. Итак. СТО (специальная теория относительности) создана Пуанкаре, как раздел электродинамики, и сводится к утверждению, что “преобразования Лоренца образуют группу”. Мне кажется абсолютно невероятным, чтобы кто-то еще пошел бы той же дорогой, что Эйнштейн – через “принцип Маха”, мысленный эксперимент Ньютона с вращающимся ведром, требование общей ковариантности и так далее. ОТО в десятые-двадцатые годы XX века не появляется. (Замечание: я в курсе, что уравнения гравитационного поля были, в конце концов, получены не только Эйнштейном, но и Гильбертом; но я очень сомневаюсь, чтобы Гильберт, или любой другой математик, смог бы пройти весь десятилетний путь, который привел к этим уравнениям). Вопрос: когда и как была бы создана ОТО “нормальными средствами”? В качестве первой попытки ответа, в голову приходит работа Утияма 1955 года (ОТО было сформулировано на самом деле в 1915), где ОТО возникла как неабелева калибровочная теория на группе Лоренца. Значит, сорок лет? Не уверен. Ведь само по себе понятие калибровочной инвариантности было введено Вейлем именно при попытках обобщить ОТО, включив туда электромагнетизм. Конечно, уравнения Максвелла имеют такое свойство, но кто и когда его заметил бы, а, самое главное, счел бы важным – неведомо. Возможно, вся эта линия на “геометризацию физики” ждала бы еще лет сто.
Что совершенно точно, никто не стал бы городить огород из-за смещения перигелия Меркурия. Эффект крайне мал, продолжались бы попытки найти другую планету, близкую к Солнцу, и т.п. Конечно, после создания СТО кто-то стал бы продумывать следствия утверждения, что гравитация распространяется с конечной скоростью и допер бы, думаю, до (неправильной) скалярной теории. Сдвиг перигелия это бы не объяснило, но разбираться в этом можно было бы еще очень и очень долго. Скорее всего, проблема просто всем бы быстро надоела и перешла в разряд неинтересных, тех, о которых не принято говорить в приличном обществе.
Не появилась бы космология. Хаббл наблюл бы в положенное время свой закон (точность измерения расстояний до галактик, кстати сказать, крайне низкая), но без линии Эйнштейн – Фридман – Леметр – я совершенно не представляю, как можно было бы интерпретировать эти данные как свидетельство расширения Вселенной. Скорее всего, вышло бы как с магнитобиологией – жопа есть, а слова нет.
27.02.2007
(с) Professor Mikhail Katsnelson

Когда я читал курс общей физики, я посвящал целую лекцию теме «что такое физическое измерение и что такое единицы измерения». Иногда мне кажется неправильным, что подавляющее большинство измеряющих чего-нибудь общественно значимое (типа IQ) таких лекций не только сами не читали, но даже и не слушали.
Я не собираюсь читать такую лекцию здесь и сейчас (по многим причинам, одна из которых – некоторое чувство неловкости, которое испытываю, когда делаю безвозмездно, то есть – даром, то, за что когда-то получал зарплату). Но главное утверждение приведу.
[Физическое] измерение – это сравнение с эталоном. Другого рационального смысла это выражение не имеет.
А дальше начинается. Во-первых, как осуществить такое сравнение? Это предполагает совершенно определенную схему эксперимента, которая, в свою очередь, предполагает определенные _теоретические_ представления. Скажем, как можно сравнить сопротивление с эталонным, не используя законы Кирхгофа? За которыми, в свою очередь, маячит – что такое электростатический потенциал, что такое электрический ток, и т.д., и т.п.
Во-вторых, что может служить эталоном? Ну… скажем, то, свойства чего неизменны и могут быть используемы с идеальной (приближающейся к идеальной) воспроизводимостью. Но ведь и тут без теории никуда. Если вы определяете метр как одну сорокамиллионную длины земного меридиана, вы предполагаете определенную форму Земли, вы предполагаете независимость размера Земли от времени (что, в свою очередь, предполагает… да хоть независимость от времени гравитационной постоянной), вы предполагаете (в любом реальном измерении) применимость евклидовой геометрии к реальному пространству… Если вы определяете метр как расстояние между штрихами на платино-иридиевом стержне, хранящемся в определенных условиях, вы должны понимать хоть что-нибудь… ну, скажем, в тепловом расширении (без этого вы не сможете сказать, с какой точностью должна поддерживаться температура… а, кстати, как ее поддерживать? Да и что такое температура? И понеслось…). Если вы определяете метр как определенную долю расстояния, проходимого в вакууме светом за одну секунду, а секунду определяете через спектроскопические характеристики определенной линии в спектре определенного изотопа цезия – вы должны предполагать справедливость теории относительности (иначе возникнет вопрос – какого именно света, с какой скоростью двигался источник и т.п.), квантовой механики (из нее следует принцип тождественности микрочастиц, что избавляет от вопроса – _какого конкретно_ атома цезия), базовых представлений атомной спектроскопии, и т.д., и т.п. Чтобы ввести эталон сопротивления, нужно понимать не только про квантовый эффект Холла, но и про его топологическую природу (класс Черна, индекс Фредгольма… – это все сюда).
И так далее, и тому подобное.
И вы все еще не понимаете, что значит “что можно, а что нельзя наблюдать, определяется теорией, которой вы пользуетесь”? И что значит “проверяется всегда картина мира _в целом_”, тоже не понимаете? И любите рассуждать о “фактах”, и о том, что, вот, “люди же измерили”? Даже когда речь идет об “измерениях” за пределами физики, в которой за _каждой_ “единицей измерения” стоит труд поколений ученых и многих гениев?
Ну-ну.
UPDATE В дискуссии возник важный вопрос – до какой степени то, что я тут написал, исходя из своего понимания _физики_, релевантно для социальных и других наук. Копирую сюда из своего ответа на комменты:
Я рассказываю, как это устроено в физике. В других науках все может быть устроено по-другому, это, казалось бы, не мое дело.
Но есть нюанс. В обществе есть (было) доверие к науке, и основано оно (процентов на девяносто) на успехах именно _физики_. Успехах без кавычек, типа лазеров и транзисторов, и успехах в кавычках, типа ядерного оружия. Физика _работает_. Некоторые делают из этого лукавый вывод, что работает наука вообще (включая социологию и политологию). Это может быть так, может не так, но – либо вы работаете так, как работаем мы, физики (и тогда об этом мне судить), либо вы работаете совсем не так – и тогда доказывайте свою неверблюдовость не ссылаясь на “наука установила” и прочих “британских ученых”.
14.02.2022
(с) Professor Mikhail Katsnelson

Я имею в виду историческое происхождение экспериментальной науки от магии. Про это очень много в “Уставах небес”. И есть об этом целый (процитированный там) восьмитомник L. Thorndike. A history of magic and experimental science. Vol. 1-8. Columbia University Press, New York, 1923-1958 (который я почитывал в свободное от работы время в Айове в девяностые, там прекрасная университетская библиотека). На самом деле, когда пытаешься разобраться, чем “игра знаков и символов” отличается от “причинно-следственных связей” в реальной науке, открывается бездна. Скажем, объяснение высокотемпературной сверхпроводимости купратов через некоторые свойства t-t’ модели Хаббарда (чем и я сам, и многие другие активно занимаются) – это про что? В природе никакой модели Хаббарда нет, это именно что набор “знаков и символов”. Ну и наоборот – о каких причинно-следственных объяснениях можно говорить в квантовой физике, которая “принципиально не предсказывает результаты индивидуальных событий”. Вероятность (а это важнейшая концепция в науке) вообще практически не обсуждаема на языке причинности. Сколько раз я сам говорил студентам “Не следует путать корреляцию с каузальностью”, и все равно – это очень труднопонимаемая вещь.
(с) Professor Mikhail Katsnelson