Давайте последуем мудрому совету Сагана «держать в голове альтернативные гипотезы и смотреть, какие из них лучше соответствуют фактам». Как это выглядит на практике? Это покажут некоторые примеры из истории науки. Лучшие из этих примеров – случаи из астрономии, сферы интересов самого Сагана. Поглядим, чему они нас научат.
Частный случай. Модели Солнечной системы
С древнейших времен было известно, что некоторые «звезды» движутся на фоне неподвижных звезд с разной скоростью. Греки назвали эти небесные тела планетами (от греческого слова, которое означает «странствие»). Что же в них особенного? Во II веке греческий астроном Птолемей предложил теорию движения светил, которой придерживалось большинство людей на протяжении более тысячи лет. Птолемей утверждал, что Солнце, Луна и планеты движутся по круглым орбитам вокруг Земли на разных расстояниях от нее
[97]. Модель была очень симпатичная и вполне действующая, отчасти потому, что до XVI века, когда был изобретен телескоп, наблюдения движения небесных тел были не очень точны. Однако к началу XVI века стало ясно, что геоцентрический взгляд на мироздание не оправдывает себя. Поэтому его модифицировали, чтобы наблюдения соответствовали теории. Астрономы раннего Средневековья считали, что движение небесных тел сложнее, чем думали раньше: в сущности, планеты описывают круги на кругах (их называли эпициклами). К концу Средних веков эпициклы стали очень запутанными. Модель, которая когда-то казалась простой и красивой, стала представляться неестественной, надуманной. Но каковы альтернативы?
В 1543 году был предложен новый взгляд. Польский астроном Николай Коперник опубликовал книгу, где утверждал, что в центре мироздания стоит Солнце, а не Земля
[98]. Земля и планеты вращаются по круглым орбитам вокруг Солнца. Гелиоцентрическая модель Солнечной системы вызвала споры. Все так привыкли думать, что Солнце вращается вокруг Земли, что новая гипотеза многих нервировала. Ведь Библия учит иначе! В псалме 118:90 ясно и недвусмысленно сказано: «Ты поставил Землю, и она стоит»! Как это согласуется с радикальной идеей Коперника, что Земля движется?
Однако вскоре все поняли, что просто неправильно понимали текст. Было предложено новое толкование: Бог «создал Землю, и она крепка».
Новое мировоззрение не всем пришлось по душе. Самыми непримиримыми противниками Коперника были собратья-ученые, а не религиозные люди, как часто полагают
[99].
У теории Коперника было два основных недостатка. Во-первых, она позволяла рассчитать движение планет ненамного точнее модели Птолемея. Причина была проста. Коперник ошибочно предположил, что планеты движутся вокруг Солнца по идеальным окружностям, а теперь мы знаем, что они движутся по эллипсам – вытянутым окружностям, и Солнце расположено не на пересечении осей эллипса, а слегка смещено. Это открытие было сделано лишь несколько десятков лет спустя, в начале XVII века, – его сделал Иоганн Кеплер в результате тщательного изучения движения планеты Марс. Во-вторых, если бы теория Коперника была верна, то, поскольку Земля движется в пространстве, рисунок неподвижных звезд должен был меняться в зависимости от времени года. Это исследовал датский астроном Тихо Браге (1546–1601), который не обнаружил никаких следов подобного «параллакса». Теперь мы знаем, почему Браге не смог его пронаблюдать. В то время никто и не подозревал, насколько дальше Солнца находятся звезды, и крошечный параллакс, незаметный невооруженным глазом, удалось пронаблюдать лишь после усовершенствования телескопа в начале XIX века. Потому-то Браге и сделал вывод, что по данным наблюдений Солнце вращается вокруг Земли, а не наоборот. Следует понимать, что такое толкование нельзя считать неверным: оно было сделано на основе данных, доступных Браге на тот момент.
Этот краткий экскурс в раннюю историю современной астрономии интересен и сам по себе, но не только – он еще и позволяет увидеть три обстоятельства, без которых невозможно правильно понять, как создаются научные теории. Эти обстоятельства очевидны и из других эпизодов истории науки, а случай Коперника я выбрал лишь потому, что здесь они проявлены нагляднее всего.
I. Наука стремится найти ту теоретическую модель, которая «лучше всего соответствовала бы» наблюдениям. Какая теория лучше, всегда будет предметом споров. Начнем с того, что данные накапливаются и совершенствуются со временем. А во-вторых, будут и вторичные споры по поводу критериев оценки теорий. Какую выбрать – самую простую? Или самую красивую? Однако эти трудности ни в коей мере не отвлекают науку от поисков наилучшего способа осмыслить Вселенную. Ученые зачастую ловят себя на том, что убеждены – и вполне обоснованно, – что та или иная теория верна, но доказать ее не могут. Более того, возможно, и не смогут никогда. Однако они (по праву) продолжают считать, что она верна, поскольку знают, что хорошей теории можно доверять, пока не появятся данные, которые потребуют отказаться от нее в пользу какой-то другой теории, у которой доказательная база окажется лучше.
II. Это значит, что научные теории – временные. Их нельзя доказать раз и навсегда, в отличие от математических теорем. В каждый момент времени научное сообщество предпочитает какое-то мировоззрение (средневзвешенно). Однако ученые прекрасно знают, что их последователи – может быть, совсем скоро, а может быть, в отдаленном будущем, – вспомнят о них и скажут: «Да-да, так когда-то считали. Но сейчас мы думаем иначе». По мере научного прогресса какие-то представления приходится оставлять позади. Однако лучшие теории не исчезают бесследно – как правило, их изменяют и инкорпорируют в более удачные. Вспомним хотя бы, что в рамках теории относительности Эйнштейна нашлось место для законов Ньютона – теория относительности воздала должное их успехам и очертила границы их применимости.
III. Большинству теорий приходится иметь дело с аномалиями, то есть с наблюдательными данными, которые не вполне в них вписываются. Очень наивный ученый может подумать, будто этого достаточно, чтобы отказаться от теории. Однако наука мудрее. Она знает, что на самом деле все редко бывает так просто. Может статься, что теория верна, просто нуждается в некоторых мелких уточнениях. Вспомним, как Кеплер показал, что Коперник был прав в главном – в том, что в центре нашей планетной системы находится Солнце, – но ошибался в относительно второстепенном вопросе о форме орбит. А иногда что-то, что мы считаем главным недостатком теории, оказывается впоследствии не таким важным, как мы думали, или просто недоразумением – вот, скажем, опасения Тихо Браге по поводу отсутствия параллакса у звезд.
