Научный метод. Как работает наука.
Сводка со встречи ДК "Аргумент" от 22 мая 2015 года
По какой причине люди называют теории научными или ненаучными? Чем они руководствуются? Как принимают решение? Ответы на эти вопросы просты и доступны каждому. Научный метод — это не высшая математика, как ни странно. Это простой житейский опыт.
Ну чё, брат, тебе за научный метод пояснить? Поясню, без проблем. Для нормального пацана не жалко. Ты только запоминай, брат.
Каждый человек хоть раз в жизни видел заголовки вроде "учёные доказали", "учёные скрывают", "учёные утверждают". Порой кажется, что во всём этом простому смертному не разобраться. Что нужно обладать незаурядным интеллектом и какой-то дикой фанатичностью чтобы докопаться до истины. На самом деле, это не так. Достаточно знать лишь простые жизненные принципы, и придерживаться их.
Короче, слушай. Перво-наперво усвой, что научный метод — это те же понятия, только для ботанов расписанные. Вот смотри, ты когда мужика видишь, расписать же за него можешь? А почему можешь? Потому что видал уже таких. Опыт у тебя есть.
Когда мы изучаем окружающий нас мир, мы опираемся на собственную "интуицию". Но, на самом деле, чаще всего под интуицией мы подразумеваем свой прошлый жизненный опыт, объяснять который кому-то — слишком долго. Мы, например, прекрасно знаем по личному опыту, что чёрное нагревается на солнце быстрее, чем белое. Но легче с умным видом сказать ребёнку — "физика!", чем пытаться объяснить ему почему так происходит. Ребёнок же не станет допытываться детального ответа, он просто проверит это. Приложит руку к белой ткани, лежавшей на солнце, а потом — к чёрной. И убедится, что это действительно так. Это и есть самый главный критерий научности теории: повторяемость опыта. Главный, но не единственный.
Но ты же понимаешь, что расписалово твоё не всегда в точку бьёт. Иногда бывает попутаешь чуток. Но потом поправишься, конечно, извянку кинешь, и на следующем такого уже допускать не будешь. Это обучение называется. Все мы учимся, братан, и школа наша это жизнь.
Есть множество областей знания, в которых опыты невозможны по тем или иным причинам. История, например. Чем руководствоваться-то? Здесь самое важное — косвенные доказательства: археологические раскопки, этимологический анализ языков, генетический анализ, датировка находок. Всё это проверено многократными опытами. Чаще всего оно даёт надёжный результат. Не всегда, правда, но ничего лучше в таких сферах у нас нет. То есть, вторым столпом хорошей теории должны быть косвенные доказательства. "Вон, видишь, тот дядька из своей чёрной машины весь потный вылез, а вон тот, из белой — не настолько".
Ещё есть мысленные эксперименты. Они доступны не всегда и не всем. И, на самом деле, чтобы придумать хороший мысленный эксперимент, нужно обладать колоссальным запасом знаний и отличной логикой.
Ещё ты когда за мужика поясняешь, ты же знаешь что другие авторитеты за него сказали, кто за него в ответе? Так вот, ты ж не берёшь в рассчёт мнение косячников? Ну, тех, кто тебе неправильные пояснения раньше давали. Вот и они так же делают. Но не с людьми, а с идеями.
Важно помнить, что косвенные доказательства чаще всего являются самостоятельными теориями, и, соответственно, мы должны проверить и их научность. Например, глупо строить свою теорию, опираясь на то, что по ту сторону Солнца от нас вращается планета-двойник Земли, поскольку такое невозможно физически. Кроме того, если это было бы так, то её гравитационное влияние на солнечную систему было бы колоссальным. А ещё — почти каждый беспилотный аппарат, отправляющийся к другим планетам, облетает Солнце кругом, и иногда даже не по разу. Это необходимо для набора скорости. И вполне естественно, что если бы у Земли была планета-двойник, мы бы заметили её как минимум по искажению курса этих аппаратов от запланированного.
По сути, научная теория может не основываться ни на чём, если она даёт хорошие, работающие предсказания. Да-да, вся наука — это попытка заглянуть в будущее. В будущее всей планеты ли, или просто на пару секунд вперёд — не важно. Вот, например, вполне валидная с научной точки зрения теория: "если я подкину мячик, он обязательно упадёт". Нам для этой теории не нужно знать ни ньютоновскую механику, ни даже о существовании слоёв атмосферы, геостационарной орбиты и прочих ништяков. Почему? Да потому что мы можем её проверить. Кидаем разные мячики с разной силой, и смотрим, падают они или нет. Всякие мелочи, типа того, что мячик может залететь на балкон пятого этажа, учитывать не обязательно, поскольку на практике случается такое довольно редко. Кроме того, наш мозг подмечает, что траекторию мяча можно более-менее точно предсказать, и обычно делает это автоматически. Мы даже не задумываемся об этом, но наш мозг, наше сознание, наша способность к обучению, основываются именно на том факте, что мы можем выдвигать предположения, и проверять их правильность. Именно на этом простейшем принципе, кстати, и основываются ныне существующие упрощённые модели мозга — нейросети. Этот пункт очень сильно связан с первым, с повторяемостью. Если теория даёт конкретное предсказание в определённых условиях, и оно срабатывает не каждый раз — нужно что-то делать для уточнения результата. Иначе — капут, слепое пятно, неучтённые факторы.
А пример вообще ни на чём не основывающейся научной теории — элементарная арифметика. Мы вывели её исключительно из жизненного опыта, и не раз убеждались в том, что это работает. Более того, мы ни разу в жизни не встречали противоречащей простейшей арифметике ситуации. Как доказать мне, что 1 + 1 = 3? Я должен положить два мячика в пустую коробку, а вынуть оттуда — три. Должен загнуть один палец, затем ещё один — и в итоге получить три загнутых пальца. Должен получить три килограмма чистой, дистиллированной воды с двух однолитровых бутылок. Без уловок, без фокусов, потому что я буду очень настырен, если всё моё представление об окружающем мире разрушится.
А тут самое интересное начинается. Пацан же за свои слова всегда в ответе? Вот и они тоже в ответе. Если с языка сорвалось — так и скажи. "Извянки, пацаны, рамсы попутал". Если накосячил — честно признайся, извинись, скажи что всё понял. У них это научной честностью называется.
Что ещё? Ещё остаётся проблема науки, с которой мы, люди, столкнулись тысячелетия назад. Или же в середине двадцатого века, это как посмотреть. Оказалось, что мы, люди — несовершенны. Что мы можем ошибаться, и ошибаемся. И это нужно учитывать. Существует так называемый эффект Марса, который и служит напоминанием о том, что каким бы умным ни был человек, каким бы он ни был честным, сколько бы у него ни было дипломов — он всё равно предвзят. Что же делать, если мы не можем доверять даже себе? Доверять другим. Эффект Марса — история научной битвы длиною в 40 лет, показавшая все недостатки тогдашнего подхода к науке, и давшая человечеству механизм, существенно ускоривший прогресс.
Но если предъявил что-то — предъявляй до талого, не спрыгивай. И говори так, чтобы спрыгнуть не мог даже.
Первое, и самое главное, что люди почерпнули оттуда — формальность научного языка. Все формулировки должны быть чётко обозначены. Предельно чётко. "Ильич пьёт" — это хреновая теория. В ней не указано время, в которое он это делает. Именно в данную секунду он пьёт, или вообще? Говорим так: "Ильич пьёт прямо сейчас". Уже лучше. Но формальности не хватает. Если окажется, что в данную секунду Ильич пьёт воду, то я могу истолковать это как свою правоту, ведь я не уточнял, что именно он пьёт. Поэтому идеальная формулировка звучит так: "в данное время Ильич пьёт алкогольный напиток крепче 4 градусов". Это — формализованное утверждение. Зачем нужна такая дотошность? Чтобы я не смог увильнуть если окажусь не прав. Да-да, я должен сам строить клетку для себя самого. Никто другой этого просто не сделает. И я должен постараться чтобы эта клетка была как можно меньше. Почему? Потому что "всё объяснить любой может, ты мне объясни кто такая Галя". И тут мы подходим к следующему. Правда оно мало связано с эффектом Марса, ну да ладно.
Критерий Поппера. Его так же называют фальсифицируемостью. Суть его, на первый взгляд, выглядит довольно нелогично: если теорию нельзя опровергнуть, то она не может являться научной. Что это значит? Что существование Бога — не научная теория. Почему? Потому что на любой аргумент верующий может ответить "пути господни неисповедимы". Ещё это значит, что, например, не могут существовать две разные теории по-разному объясняющие одно и то же явление, но чтобы при этом обе они были верны. Это пример самого Поппера. В нём он рассматривал психологию, Адлера и Фрейда. Фрейдист скажет, что мужик, рискуя жизнью, спас тонущего мальчика из-за глубинных комплексов, укоренившихся с раннего детства. Адлеровец сказал бы (ныне они вымерли, вроде), что он спас мальчика потому что хотел доказать себе, что способен на это.
И, если разобраться, то критерий Поппера сводится к очень простой и прагматичной штуке: к способности давать предсказания. И правда, как можно доказать, что не прав тот, кто ничего не утверждает? Многие намеренно утверждают что-то такое, что невозможно ни доказать, ни опровергнуть. Так, например, делают опытные политики и дипломаты. Не переживайте, у нас таких нет :)
А тут сложнее всё идёт. Ты же знаешь, что накосячить можешь? Ну так вот, шевели мозгами, придумывай что хочешь чтобы не накосячить. Пиши всё куда-нибудь. Братухам своим поясни за свою предъяву, пусть они покумекают какие там косяки есть. Но главное чтоб в авторитете оставаться сам всё думай. Вот сам придумал — и сам сломать пытайся. Думай за двоих, и за себя, и за того, кому предъявить хочешь.
Эффект Марса привнёс в научные массы то, чем раньше пользовались только отдельные отрасли науки. Слепой метод, например. Суть его в том, что экспериментатор должен в ходе эксперимента знать как можно меньше о том, что происходит. Есть такой каноничный пример: в начале 20-го века один чувак утверждал, что обнаружил некое излучение, улавливаемое человеческим взглядом. И пригласил он одного умника поглазеть на это чудо. Пол-часа бегал туда-сюда, и говорил "вот оно, смотрите, вот эта установка излучает на эту линзу лучи, которые едва заметны, но вот они, есть". Все охали и ахали. А через десять минут умник, едва сдерживая смех, объявил, что с самого начала эксперимента вытащил из установки фокусирующую линзу, чем привёл её в полную негодность.
Если бы учёный, заявивший о новом виде излучения просто попросил ассистента в случайном порядке включать и выключать установку таким образом, чтобы сам он не догадывался, когда она включена, а когда выключена, то смог бы убедиться, что это просто блики, которые есть всегда, но на которые мы особого внимания не обращаем. Такие дела.
В общем, если резюмировать, то получается следующее:
1) научная гипотеза должна быть проверяемой. Причём так, чтобы проверить её мог любой желающий, а не так, что у вас результат нормальный, а у других — нет.
2) научная гипотеза должна быть формализованной, чтобы не было никаких разночтений. В этом очень помогает математический аппарат, но, к сожалению, пока что он существует не во всех науках. Там, где его нет, используют статистику и многочисленные правильно поставленные и хорошо описанные эксперименты.
3) научная гипотеза должна давать предсказания. На её основе человек должен суметь выдвинуть предположения о том, как будет развиваться та или иная ситуация с определёнными предпосылками. Но и тут тоже нужна статистика. Если наша гипотеза даёт правильный ответ даже в 40% случаев, и ничего лучше мы не имеем, то стоит пользоваться ей. Это как с лекарствами. Если не изобрели ничего лучше плацебо, то используют его.
Каждый раз когда вы видите, что учёные ошиблись, помните, что учёные как раз благодаря этой ошибке станут работать лучше, а не хуже. И наука в итоге сможет объяснить больше и точнее.
И сами вы тоже позволяйте допускать себе ошибки. Отказывайтесь от старых убеждений, если они опровергнуты событиями нынешних дней. Ничего плохого в этом нет. Это значит, что вы ещё не закостенели, что вы ещё способны учиться. Это и называется научной честностью.