Экспериментальный метод: миф эпистемологов (и ученых?)

Р. Том

Я  пытаюсь доказать здесь одну  очень простую вещь: если понимать слово "метод" в его картезианском смысле как "набор обязательных процедур, для которых имеются канонические определения", то выражение "экспериментальный метод" не менее противоречиво, чем "горячий снег", "леденящий огонь" и тому подобные обороты, называемые в риторике древних оксюморонами. Иными словами, "экспериментальный метод" — это миф, устойчивость которого объясняется — как это станет ясно из дальнейшего — тем, что он придает легитимность самому понятию научности, порожденному новым временем.

Моя позиция никак не связана с желанием бросить кому-либо вызов, не является она и выражением "эпистемологического анархизма" в духе Фейерабенда. Она направлена только против отождествления науки с экспериментальной деятельностью, отождествления слепо принимаемого большинством наших современников, вопреки даже историческим свидетельствам. Например, вопреки тому очевидному обстоятельству, что экспериментальная деятельность  появилась  задолго  до  науки  нового  времени.  Впрочем, это обстоятельство свидетельствует не только о том, что никакого экспериментального метода нет, оно свидетельствует также о существовании экспериментальной практики, истоки которой уходят в глубь веков. Человек всегда стремился воздействовать на свою окружающую среду, и наши далекие предки уже в каменном веке практиковали что-то вроде экспериментов над кремниевыми орудиями, причем экспериментов, как показывают исследования последних лет, достаточно утонченных. Это означает, что экспериментальная практика не только имеет право на существование, она неизбежна, ибо связана с наиболее устойчивыми тенденциями эволюции, благодаря которым человеческий род приобретает все независимость от условий и случайностей окружающей среды.

Здесь напрашивается метафора, уподобляющая экспериментирование исследованию. Каждое животное исследует свою территорию, чтобы составить о ней представление, которое позволило бы ему быть готовым к (благоприятной или неблагоприятной) неожиданности. С этой точки наука  нового  времени  лишь  продолжала  эту  тенденцию,  расширяя ее.

В XVI в. великие географически открытия, с одной стороны, изучение человеческого тела Везалием и Гарвеем, — с другой, засвидетель­ствовали эту настоятельную потребность исследовать наше (внешнее и внутреннее) пространство. Весьма заманчиво связать рождение науки нового времени именно с этой потребностью в расширении пределов познан­ного в мире.

Но не будем забывать, что наука (понимаемая здесь как предприятие, направленное на получение знания, имеющего универсальную истинность и вечные принципы) началась за два тысячелетия до этого, с рождением греческой геометрии. Следуя традиции Койре и других эпистемологов^[1], я попытаюсь взглянуть на рождение науки нового времени (связанное с Галилеем и происшедшее в начале XVII в.) с иной точки зрения, с точки зрения медленного созревания в человеческом сознании фундаментального математического понятия функции y = f(x). Неизвестное античности понятие функции просматривается в алгебре арабов; оно уточняется в трудах итальянских алгебраистов XVI в.; развитое к XVII в. Виетом, Декартом и (среди прочих) Ньютоном, свое точное выражение получает лишь у Лейб­ница (1695).

Но уже Кеплер в своей "Оптике"^[2] (1604) построил выражение, являющееся приблизительной формулировкой закона преломления света при перехо­де сквозь диоптр. Благодаря этому закону стало возможным появление первых оптических инструментов, воспользовавшись которыми, Галилей сооб­щил в "Звездном вестнике" об открытии колец Сатурна и спутников Юпитера. Лишь математическое понятие функции позволило выработать общее понятие "научного закона", которое, будучи дополнено дифферен­циальным исчислением (Ньютон и Лейбниц), привело к такому недости­жимому идеалу научной легитимности, как лапласовский детерминизм. Какое же место занимает среди всего этого экспериментирование? Койре показал весьма сомнительный характер опытов Галилея по падению тя­желых тел. Но в настоящий момент мне важно подчеркнуть следующее: коль скоро научный закон приобретает форму функции y=f(x), зависящей от переменной х, то полная экспериментальная верификация в буквальном смысле невозможна (ибо область значений х представляет несчетное множество); и тем более это верно для явлений, описываемых дифференциаль­ной системой (небесная механика) — или уравнениями в частных произ­водных. Вот почему верифицировать опытом количественный закон можно только на основе некоторых допущений о природе функции, которая должна быть достаточно правильной.

Иными словами, лишь допущения (обычно неявные) о непрерывности или аналитичности функции, выражающей закон, позволяют говорить о том, что закон в своей целостности "верифицируется опытом". В этом смысле становится понятным, почему утверждение Поппера, что только фальсифицируемые теории являются научными, встретило столь благо­приятный прием у экспериментаторов: оно открывало им неисчерпаемый источник возможных экспериментов (любая количественная верификация закона есть опровержение возможной фальсификации).

Данный небольшой исторический экскурс показывает, что новый метод исследования и экспериментирования не является истоком (по крайней мере, единственным) науки нового времени, напротив, ее исток следует искать в осознании математического аппарата как нового средства описания яв­лений. Благодаря этому аппарату были созданы инструменты (телескоп, микроскоп), которыми позднее и воспользовались астрономия, затем биология (Мальпиги, Левенгук) и т.д.

Подведем предварительный итог. Для научного прогресса имеет значение, (в конечном счете) не накопление новых знаний, а его воздействие на мен­тальные структуры, на способность разума воспроизводить действительность. Сомнительно, чтобы экспериментальное наблюдение (тем более наблюдение невооруженным глазом), могло бы зародить в сознаний новое понятие: разве можно, не обладая никаким понятием, наблюдать в поле чувствен­ного опыта объект или отношение между объектами? Во всех случаях, которые я мог анализировать, глубинные модификации ментальных структур (создание новых языков и новых формализмов) являются результатом дли­тельного и постепенного эндогенного вызревания в самом разуме, и никогда результатом эксперимента. Ньютоновская динамика (его "Математические принципы"), быть может, и была в какой-то степени следствием самого факта возвращения кометы Галлея, чего, разумеется, нельзя сказать об исчислении бесконечно малых, как и о том, что квантовые явления изменили наше понятие пространства (хотя и поколебали его), ибо един­ственное средство их выражения — математические теории (гильбертовский формализм, теория представлений) существовали до соответствующих экспериментальных данных. Но, впрочем, я был бы рад, если бы мне указали примеры, противоречащие высказанному мной утверждению.

Перейдем теперь к эксперименту как таковому. Для этого нам нужно описать его структуру.

Общая структура экспериментального факта

Для того чтобы осуществить эксперимент, предпринимают следующее:

1) выделяют область (D) пространства-времени, "лабораторию". Границы (D) могут быть реальными или мысленными;

2) в эту область помещают различные компоненты: химические элементы, живые существа и прочее, что образует изучаемую систему (S) согласно протоколу о подготовке эксперимента (написанному, как правило, на специальном языке);

3)  в системе S производят возмущения, посылая ей из контролируемых источников  определенные  количества  материи или  энергии (их природа, количество, скорость, положение описываются в протоколе эксперимента);

4) ответы системы фиксируются благодаря приборам, характер и положение  которых  по  [отношению к (D)]  уточняются  в  протоколе эксперимента.

Эта схема позволяет в действительности определить соседствующие понятия: наблюдение, исследование, эксперимент.

В (простом)  наблюдении специальная  система  не  готовится, она выделяется (произвольным иди спонтанным образом) из совокупности природных  фактов  [элементы  (I),  (2)  и  (3)]  структуры  экспериментального  факта  отсутствуют;  присутствует  лишь  элемент  (4),  сведенный до простого зрительного восприятия.

В исследовании присутствуют (1), (2) и (4), но место контролируемых параметров источника возмущения занимает все экспериментальное поле, определяемое элементом (1).

Эксперимент содержит все элементы.

Отсюда также выводится определение экспериментального "факта". Является ли он научным фактом? Здесь мы имеем дело с проблемой определения; но я склонен думать, что экспериментальный факт может считаться научным фактом в том случае, если он удовлетворяет критерия (которые, как бы увидим в дальнейшем, могут зачастую приводить к противоположным оценкам).

1. Факт должен быть воспроизводимым. Это означает, что протоколы подготовки, и эксперимента должны быть достаточно подробными и точ­ными, с тем чтобы результат можно было воспроизвести в другое время и в других условиях. Предположение о воспроизводимости факта (при динамической интерпретации) требует предположения о "структурной ста­бильности" (иначе говоря, "родовой определенности"), образующих его динамик.

2. Факт должен представлять интерес. И это — огромная проблема. Отметим только, что интерес может быть или практическим (технологи­ческим), или теоретическим. Практический интерес связан с удовлетворе­нием какой-то человеческой потребности (помимо платонической потреб­ности в знании и понимании).

Здесь мы имеем дело с экспериментальным технологическим исследо­ванием, чьим оправданием является его цель и тот результат, которого ему удается достичь. Занятие человека палеолита ремеслом уже отвечало этому критерию. Очевидно, что любой экспериментальный факт, чтобы иметь технологическое значение, должен быть воспроизводимым и, следовательно, научным. Но мы увидим, что технологическое экспериментирование (часто содержащееся в секрете) в силу этого может не соответствовать крите­риям научности. Я не затрагиваю здесь этических аспектов (которые, ра­зумеется, требуют к себе внимания) данной ситуации.

Если же факт представляет теоретический интерес, то данное исследо­вание вписывается в существующую научную проблематику. С традиционной точки зрения это означает, что эксперимент направлен на верификацию некоторой гипотезы. Но откуда она взялась? Я хочу подчеркнуть, что гипотезы не бывает без "теории" какого-то типа, и что "теория" всегда содержит допущение существования некоторых воображаемых объектов. Речь идет об объектах, играющих роль векторов каузальности, свя­зывающих причину со следствием. Теоретический факт направлен на то, чтобы подтвердить (или опровергнуть) существование постулируемых объек­тов. Поэтому часто бывает так, что значительный научный факт с ма­тематической точки зрения оказывается весьма неожиданным, сингулярным. Уместно вспомнить, например, о дискретном характере элементарного заряда электрона, выявленного в экспериментах Милликана. В некотором смысле научный факт можно, определить как "устойчивую аномалию". В то же время среди экспериментальных наук надо тщательно различать науки, имеющие "твердое" теоретическое ядро математического характера (механика, фундаментальная физика), и науки, практически не имеющие теоре­тического фундамента, едва поднимающиеся над уровнем простого и чис­того описания (биология). Физические эксперименты, как правило, мотиви­руются теоретическими соображениями (хотя в некоторых разделах науки, относящихся к макрообъектам, например, в физике твердого тела, чаще встречается технологическая мотивация). В биологии в силу отсутствия теории преобладает технологическая мотивация (вспомним, какой вес среди других биологических наук имеет медицина).

К сожалению, обладание четко определенной целью не означает знания того, как ее достичь, прибегая только к экспериментам. Во многих технологи­ческих ситуациях речь идет о том, чтобы "вызвать", или, напротив, '"устранить" некое природное явление. (Иногда, как в случае ядерных слияний, необходимо одновременно и вызвать явление, и помешать его распространению.)

Но, о чем бы ни шла речь — о появлении или устранении явления — мы сталкиваемся с анализом каузальных условий его возникновения. Исторически создатель экспериментального метода Фрэнсис Бэкон считал, что, для каузального анализа явления достаточно одних экспериментов. Я выступаю против подобной иллюзии. Одно лишь экспериментирование неспособно выявить причину (причины) явления. Необходимо продолжить реальное в область воображаемого, а затем проверить те воображаемые элементы, которые дополнили реальность. Такой прыжок в область воображаемого есть "ментальная* операция, мысленный эксперимент, незаменимый никаким прибором. Клод Бернар, видевший этот аспект в своей схеме: наблюдение — идея — экспериментирование — оставил без прояснения психологический процесс порождения идеи, настаивая, однако, на его необходимости^[3] (в противовес Бэкону, полагавшему, что повторяющиеся эксперименты могут — индуктивно — дать идею закона). Иными словами, чтобы иметь научное значение, экспериментальная деятельность не должна пренебрегать мышлением. Но, поскольку мышление—процедура трудная, не сводимая ни к каким стандартам (и ни к каким методам), большинство экспе­риментаторов, в случае когда отсутствует какая-либо теория, с тем чтобы оправдать свою деятельность, прибегают обычно к таким аргументам:

1) разве каталогизация всех наблюдаемых явлений не составляет высшую цель науки? Экспериментируя "наугад", я вношу свой вклад в систему универсального знания. Здесь мы видим идеал "исчерпывающего исследования реальности";

2) даже если мои эксперименты недостаточно мотивированы, разве я не могу надеяться обнаружить таким образом значительную аномалию, наблюдать что-то удивительное и так прийти к плодотворной гипотезе? Эта идея впечатляющей "поделки", которую защищал даже Кл. Бернар (хотя и мимоходом)^[4];

3) наконец, некоторые авторы настаивают на явлении "плодотворной ошибки". Отправившись в Индию, Колумб открыл Америку. Англосаксонские авторы говорят о "счастливой способности к открытиям" (serendipity) для объяснения подобных удач: "найти то, чего не искал".

Действительно, некоторые наиболее блестящие экспериментальные результаты нашего века являются результатами заблуждений, неудачных дей­ствий или простой случайности (загрязнение колоний бактерий пеницил­лином). Но я думаю, что с социологической точки зрения невозможно оправдать существование колоссального экспериментального аппарата, от­личающего современную науку, "поделками" или плодотворными ошиб­ками, во всяком случае подобные аргументы плохо сочетаются с выраже­нием "экспериментальный метод". У нас остался без отвела первый аргумент, опирающийся на идеал "исчерпывающего исследования" реаль­ности. Необходимо выявить его иллюзорный характер. Вернемся к мета­форе исследования. Возьмем, например, географические исследования: экспе­диции не ходят наугад, а направляются к белым пятнам, обозначен­ным на карте, если же таких пятен много, то маршрут определяется прагматическими критериями (ехать за индийскими пряностями — через запад). Даже астрономы (ввиду необъятности задачи) отказались от система­тического исследования небесного свода: они концентрируют исследова­тельскую мощь своих инструментов на избранных секторах.

Систематическое исследование возможно только в областях конечных (и небольших). Ибо, коль скоро в эксперименте протокол эксперимента зависит, хотя бы от двух параметров, то протокол определяет путь на плоскости, исходя из этих двух параметров. Однако пространство путей является функциональным пространством и потому бесконечно; следовательно, априори полное исследование такого пространства невозможно. Пусть мне не пытаются доказать, что подобное возражение нереалистично, поскольку носит математический характер. С этой трудностью мы сталкиваемся чуть ли не непосредственно. Пример: в экспериментальном исследовании биологических ритмов стандартная экспериментальная процедура состоит в воздействии на биологический осциллятор локально периодическим стимулом, частота и интенсивность которого функции от времени w(t), I(t). И уже в ситуации исследования данного функционального пространства мы оказываемся перед выбором: каким должен быть протокол эксперимента^[5]. Лишь априорные идеи относительно биохимической природы осциллятора или математические гипотезы относительно лежащей в их основе динамики могут направить выбор протокола. (Например, дестабилизация и остановка часов в экспериментах Уинфри по вылупливанию дрозофил.^[6])

Теперь мы обратимся к проблеме, которая некогда привлекала к себе огромное внимание — проблеме артефактов. Цитологи конца ХIХ в использовавшие как фиксатор соли осмия, спрашивали себя, что, собственно, они наблюдают: структуры, присущие самой клетке, или результаты реакций с фиксатором? Обратим внимание на практически полное исчезновение подобных вопросов из современной биологии; ведь в ней используются инструменты (например, электронный микроскоп), которые, фокусируя на исследуемом препарате значительное количество энергии, травмируют его ничуть не меньше, чем соли осмия. Можно ли предположить, что необходимость использовать подобные инструменты заглушила угрызения coвести, которые должны были бы возникнуть в связи с интерпретацией наблюдаемых структур? Во всяком случае, торжествующие лозунги Фр. Бэкона ("Знание — сила", "Заставить природу отвечать на вопросы", "Скрутить льву хвост") соответствуют современной экспериментальной практике; соединение естественных динамик изучаемых объектов со свободным человеческим решением погружает наблюдаемые явления в стихию арте­фактов; там, где была простая динамика конечной размерности, воз­никает функциональное пространство. Приходится создавать методологию, позволяющую отделять пшеничные зерна от плевел, важные факты от ничего незначащих отклонений.

Не подлежит сомнению, что в области экспериментирования (независимо от того, направляется ли оно теоретическими или практическими целя­ми) мыслим только такой метод, который использует каузальный анализ изучаемых явлений. Но в науке мы располагаем только двумя типами каузального анализа: первый, проводимый в естественном языке, аристотелевский по духу, состоит в объяснении явлений действующей причиной, в общем случае — неким вводимым ad hoc объектом, "ответственным за появление" наблюдаемого; второй, математический и физикалистский, опирается на систему дифференциальных уравнений, решение которых определяется начальными условиями. Первую схему можно усложнить допущением цепи промежуточных причин и следствий. Можно упростить вторую, рассматривая специальные типы систем (с замедленной или стремительной динамикой, с асимптотическими методами), в которые вводятся дискретные элементы, но соединение двух типов каузального анализа в принципе невозможно. В биологии, как правило, применяется первая схема, схоластическое предписание: "с удалением причины удаляется следствие"  (его цитирует и постоянно использует Кл. Бернар, несмотря на то что он в принципе является антиаристотелианцем). А теперь рассмотрим такой пример. 

На автостраде в километре от моста меня сбивает и убивает идущая на полной скорости машина (это — следствие). Теперь экспериментатор убирает мост. На этот раз машина на полной скорости падает в овраг. Она не сбивает меня, и я не убит.  Следовательно, мост является при­чиной моей смерти. Пример, конечно, карикатурный; но биохимики, най­дут в литературе по своей специальности (и прошлых лет и наших дней) примеры подобного способа рассуждений. Поскольку невозможно учесть все факторы, которые способны оказаться причинами факта, предписания Кл. Бернара относительно сравнительных экспериментов не могут в общем случае иметь доказательной силы.

Относительно каузальных факторов должно быть предпринято более тонкое исследование; следует различать существенные факторы (машина и ее кинетический момент) и подчиненные, имеющие лишь инструментальное и случайное значение (мост). Позвольте мне привести в качестве при­мера ситуацию, распространенную в биологических науках. В случае такого явления, как коагуляция крови, мы рисуем сложную диаграмму причинных реакций между различными веществами (тромбин, протромбин и пр.). Если мы попытаемся достроить эту диаграмму обращением в прош­лое, с тем чтобы выделить "последние причины" явления, то увидим, что диаграмма ветвится практически бесконечно, и в пределе оказывается, что одна самая минимальная примесь может вызвать весь процесс.

Здесь было бы уместно говорить о "диффузной каузальности". Многие же в подобных случаях говорят о случайности, ставят под вопрос детерминизм и прячутся за статистические рассмотрения. Но, прежде чем делать это, стоило бы посмотреть, не нуждается ли сама схема глобаль­но сходящейся каузальности в интерпретации ее в качестве гигантского источника потенций, где каждая соответствующая потенция интерпрети­руется как оккультное качество, действующее начало? Но биология так долго оберегала себя от метафизики качеств, что теперь отказывается от такой интерпретации. Тем не менее, когда нужно будет выбирать между Харибдой случайности и Сциллой метафизики, не лучше ли, взвесив все, выбрать последнюю? Клод Бернар, будучи твердым позитивистом, воздерживался от любой теории,  предполагающей причинный анализ и фор­мулировку гипотез. А Фрэнсис Бэкон не останавливался перед метафи­зикой качеств ("форм"), которые у него весьма мало отличались от "ви­дов" (species) схоластической философии, несмотря на его декларируемый антиаристотелизм. Бернар критиковал Бэкона за то, что он не избавился от аристотелизма и не использовал "истинный экспериментальный метод" (опирающийся на математику), открытый Галилеем. Но и сам он в этом плане демонстрирует непоследовательность. Ибо его собственные рассуж­дения о каузальности не выходят за пределы аристотелевского ее понима­ния. Философствование, конечно, не было его самой сильной стороной, но он имел нечто лучшее: целостную интуицию фактов жизненного ме­таболизма. Постоянство внутренней среды (его самое прекрасное открытие) не может быть ничем иным, как априорной идеей, происходящей от гло­бальной интуиции целостности организма, проецированной на его биохи­мический субстрат.

Подведем итоги. Эксперимент направляем или непосредственными технологическими нуждами (например, проверить свойства известного мате­риала в известных условиях), или гипотезой, результатом мысленного экспе­римента, который предшествует эксперименту и проверяется в экспери­менте на соответствие реальности. Это означает, что любой эксперимент является ответом на вопрос, и если вопрос нелеп, мало шансов на то, что ответ будет менее нелепым. Теперь мне нужно объяснить, почему миф об "экспериментальном методе" оказался столь живуч. Этот миф приучил смотреть на экспериментальный факт как на решающий оценки любого мнение в науке. "Его величество факт, надлежит подчиниться". Как только факт устанавливается экспериментом, он приобретает такую авторитарную силу, по сравнению с которой бледнеют доводы средневековых теологов, апеллирующих к Откровению.

Но при зарождении науки это было не так. Каждый мог проверить в своей ванной справедливость Архимеда. А теперь не может и речи о том, чтобы честный гражданин мог пойти и лично проверить некий отчет о лабораторных экспериментах. Это положение дошло до своего логического предела в наши дни. В "Physics Letter" недавно было опубликовано письмо, извещающее о том, что в Национальном центре научных исследований был обнаружен промежуточный нейтральный бозон; тут можно спросить себя, сколько человек во всем мире cпособны в полной мере оценить убедительность этого результата? Не исключено, что их меньше, чем лиц, подписавших письмо. Мы видим, отныне научность экспериментального результата становится делом чистой деонтологии:

1) правильного использования инструментов, объективной оценки причин; ошибок и общих пределов погрешности измерения, честности в практике и верности результатам;

2) скрупулезной точности протоколов подготовки и эксперимента (для воспроизведения эксперимента).

Этот последний пункт требует, чтобы лаборатории были "открытыми". В силу этого экспериментирование с технологическими целями, связанное с секретностью (коммерческой, промышленной, военной) может считаться научным, если оно исключается из разряда секретных. Надо отдать должное ученым, они за самым малым исключением уважают деонтологические нормы, которые одни только и могут легимитировать "авторитет* экспериментального факта. Возможно, что именно эти нормы имеют в виду, когда говорят об "экспериментальном методе". Досадно лишь то, что такое выражение приводит к забвению роли теоретического усилия, ибо начинают думать, что последняя сводится к предложению экспериментов. Здесь мы сталкиваемся с глубоким заблуждением относительно теории и усилия мысли вообще. Античная традиция требовала "спасать феномены" от неумеренных спекулятивных аппетитов физиков. В наше время, скорее, надо спасать мысль от вызывающей авторитарности эксперимента.

Перевод с французского З.А. Сокулер