Наука

Если спросить студентов: «Что такое наука?», многие в ответ приведут примеры: наука это — физика, химия, биология и т. д. Такое определение наводит на мысль, что наука — это родовой термин для описания специфической предметной области.

Например, студенты колледжа, которые обязаны прослушать некоторое количество «научных курсов», в качестве этих курсов обычно записываются на лекции по физике, химии, астрономии, ботанике, биологии и тому подобные. Таким образом демонстрируется непроизвольная поддержка существующему общему мнению, что, как минимум, странно и не кажется адекватным. Если вы спросите, почему химия — это наука, а история — нет или почему физика — наука, а музыка — нет, определение науки станет еще более запутанным и сбивчивым.

Люди обычно поясняют, что наука имеет дело с фактами (хотя этим занимается и история), или что наука имеет дело с теорией (хотя как раз такова музыка), или что в нее включаются лабораторные эксперименты (но тогда как быть с астрономией или классификацией растений в ботанике, которые обычно характеризуются как науки и тем не менее почти не ассоциируются с лабораторными экспериментами?).

Мнение о сложности адекватного определения науки разделяется и учеными. Много ученых специализируется в своих изысканиях, собирая и коллекционируя факты, используя эксперимент как метод доказательства, применяя теории для объяснений результатов исследований и так далее: все это необходимые условия для их деятельности в области науки.

Но другие определения этого термина делают ударение на активной или динамической природе науки — поиске новых «фактов» и теорий для замещения старых, что происходит почти так же, как теория Эйнштейна заместила теорию Ньютона. Джеймс Конант определил это качество науки как «взаимосвязанную серию концепций и концептуальных схем, которые развиваются в результате экспериментирования и наблюдения и плодотворно способствуют дальнейшему экспериментированию и наблюдению».

Мы можем проследить этот динамический процесс в ситуации, когда ученый, наблюдая и экспериментируя, стремится обнаружить взаимосвязи и описать причину того или иного эффекта. Полученные им новые факты составляются в концептуальную схему. Такие схемы (обычно называемые «теориями» или «моделями») являются опытными: они пытаются объяснить отношения между теми данными, которыми мы обладаем. По мере поступления все новой информации она, а затем и новые схемы будут приниматься научной общественностью и заменять старые.

Современные ученые — будь они физики, геологи, астрономы, антропологи или психологи — подходят к своим областям специализации, применяя некоторые базовые постулаты о структуре Вселенной. Общепринятым в области научного мышления является постулат о том, что природа структурирована определенными законами и что она управляется их действием.

Например, возьмем простой, но фундаментальный закон физики: объект, такой как свинцовый шар, упадет вниз на землю, будучи брошенным с высокого строения, например с Пизанской башни. Более того, это наблюдение может быть повторено с одинаковыми по сути результатами. Законы природы надежны и отражают порядок, существующий во Вселенной.

На данном допущении строится предположение о том, что, экспериментируя и наблюдая, мы достигнем сути изучаемого предмета. Например, мы знаем, что скорость падения объекта может изменяться. Некий объект, такой как свинцовый шар, начинает падать достаточно медленно, а затем его движение ускоряется.

Используя метод наблюдения, ученый может описать общую «закономерную» пропорцию ускорения, руководствуясь общими принципами или моделями, в которые включаются все новые и новые данные все новых теорий. Приведем пример, который ясно демонстрирует различие между мышлением научным и ненаучным.

Греческий философ Аристотель, описывая ускорение падающих объектов, начал с того, что, согласно «логике», более тяжелые тела должны падать с большей скоростью, чем легкие. С вершины здания валун должен упасть на землю быстрее, чем камень, потому что валун тяжелее. Многие люди до сих пор верят, что пушечное ядро падает быстрее, чем маленький свинцовый шарик, при прочих равных факторах.

«Логика здравого смысла» кажется валидной, но наука не доверяет логике здравого смысла. Галилей подверг сомнению валидность этого логического заключения и, как теперь знают все школьники, решил пронаблюдать относительную скорость падающих объектов. Его «лабораторией», кстати, была вышеупомянутая Падающая башня в Пизе (хотя любое высокое здание могло бы использоваться с тем же успехом, но упоминание о башне делает эту историю более интересной и сейчас, спустя столетия, и, несомненно, привлекает орды туристов в Северную Италию; туристов также привлекают и достопримечательности Вены).

Ретроспективно мы можем увидеть, что экспериментальная процедура Галилея состоит из четырех последовательных шагов, которые поразительно согласуются с современными представлениями о научном исследовании:

• Постановка гипотезы. Объекты различного веса будут падать на землю с одной и той же скоростью.
• Наблюдения. Измерение относительных скоростей падающих объектов разного веса.
• Воспроизводимость. Были произведены многочисленные наблюдения за объектами с различным весом.
• Формулирование закона (или модели). Если наблюдения подтверждают гипотезу об отношении между весами объектов и скоростями, с которыми они падают, то можно сформулировать обобщенное заключение.

Конечно, этот ранний эксперимент был осложнен проблемами, которые мы будем называть проблемами контроля. Во-первых, Галилей должен был убедиться, что оба объекта начали падение в одно и то же мгновение. Например, если он решил бросать их руками, то могла проявиться тенденция выбрасывать больший и тяжелейший объект первым. Или если он хотел поддержать свою гипотезу, то мог неосознанно выпускать более легкий объект первым, чтобы дать ему начальную краткую фору во времени. (Даже психологические факторы влияют в физике на научные наблюдения!)

С целью контроля этих проблем Галилей мог бы сконструировать коробку с дверкой-преградой для того, чтобы оба объекта выпадали в одно и то же время. Затем можно упомянуть вопрос измерения скорости падения, от которой зависит, какой из объектов ударился о землю первым. Исходя из критериев объективности, необходимо было присутствие постороннего наблюдателя или наблюдателей, которые могли бы достоверно отмечать момент падения объектов.

Существует другая важная переменная, которая могла бы повлиять на результаты опыта: влияние атмосферных условий, например сопротивления воздуха, на падающие объекты. Наблюдение показывает, что перо падает медленнее, чем медный шарик того же веса. Средством контроля переменной воздушного сопротивления могло бы быть удаление всего воздуха из лаборатории.

Но поскольку лаборатория Галилея состояла из Падающей башни в Пизе и непосредственно окружающего ее пространства, конструкция такой вакуумной камеры была недоступна при технологии того времени. (Интересно, что уже в наше время было проведено измерение скорости падающих объектов в вакууме, и его данные подтвердили результаты наблюдений Галилея.)

На смену грубым экспериментам времен Галилея пришли более современные и усовершенствованные измерения, которые подтвердили, что на любые объекты, будь они перьями или медными шариками, при падении влияет гравитационная сила постоянных размеров (гравитационная постоянная). Принцип, на котором базируется этот закон, называется принципом эквивалентности, и он считается одним из основных законов, влияющих на физические тела по всей Вселенной.

Закон гравитации и эксперименты, на основании которых он выведен, могут быть рассмотрены на двух уровнях построения научного исследования. Первый уровень — уровень базового наблюдения; второй уровень — осознание, что это наблюдение является частью большой системы. Мы надеемся, что наша книга, как и сама карьера экспериментального психолога, позволит вам получить представление об этих двух уровнях.

На первых порах в качестве деятельности на первом уровне научного наблюдения может быть интересно, скажем, наблюдать детей высокого социального статуса, которые по большей части составляют контингент учащихся колледжей; интеграция этих наблюдений в большую модель человеческого общества и поведения будет важным и необходимым вторым шагом.

Без этой второй ступени наблюдения Галилея были бы неинтересными для истории науки и в лучшем случае встречались бы в учебниках как крошечные сноски об эксцентричном итальянце, который бросал предметы с падающей Пизанской башни.