Страница 29 из 57
Первая из них – вновь стиль Юнга. Хотя его измерения были достаточно точны, а вычисления математически безупречны, он редко давал себе труд предлагать развернутые объяснения своих выводов, описывать измерения или представлять подробные отчеты о проведенных экспериментах. Это привело к непониманию между Юнгом и его коллегами, и ему становилось все труднее и труднее убедить их в своей правоте. Более того, отличавшийся болезненной скромностью Юнг делал все от него зависящее, чтобы не быть вовлеченным в отстаивание научного приоритета на волновую теорию света и на объяснение явления интерференции. В 1801 году он в своем самоуничижении дошел даже до того, что стал утверждать, будто Ньютон «на самом деле был первым, кто предложил ту теорию, которую я ныне стараюсь развить». Это, разумеется, тоже не способствовало адекватной оценке его вклада в науку.
Вторая причина заключалась в том, что Юнг имел несчастье стать мишенью для нападок Генри Брума, известного ученого и политика, корреспондента «Эдинбургского обозрения», в то время нового, но уже очень влиятельного издания. Брум боготворил Ньютона и поэтому метал отравленные стрелы в Юнга, осмелившегося возражать великому ученому. Ядовитые инвективы Брума обычно публиковались анонимно. Вот одна из них:
...
«Мы хотели бы знать, неужели научный мир, который когда-то просветил своим гением Ньютон, столь же переменчив в своих мнениях, как и мир моды, в котором правит прихоть глупой женщины или избалованного хлыща? Неужели уровень публикаций Королевского общества опустился до такой степени, что превратился в бюллетень новомодных теорий для дам, посещающих лекции Королевского института? Pro pudor! [10] Пусть же профессор продолжает развлекать свою аудиторию бесконечным разнообразием, в общем-то, безвредных пустяков, но, во имя науки, не допускайте его в почтенную сокровищницу знаний, которая содержит труды Ньютона, Бойля, Кавендиша, Маскелайна и Гершеля»87.
Обычно невозмутимый Юнг на сей раз вспылил и ответил в духе XVIII столетия – памфлетом. Однако ученые, как правило, плохо подготовлены к такого рода полемике: они хорошо умеют убеждать других ученых, а не публику. Ответ Юнга, написанный сухим, но исполненным раздражения стилем, по всем статьям уступал выпадам Брума. Полный справедливых, но скучных и даже наивных заявлений («пусть он сам проведет эксперимент, а потом, если сможет, отрицает его результат»), памфлет Юнга оказался настолько непопулярен, что из всего тиража был продан лишь один экземпляр.
Из-за неумения Юнга пропагандировать собственные идеи волновая теория света распространялась крайне медленно. Лет через пятнадцать после первых демонстраций Юнга французский ученый Огюстен Френель независимо от Юнга открыл феномен интерференции и представил свой вариант юнговского эксперимента, в котором луч света разделялся на два источника при помощи плоской призмы, в настоящее время именуемой «бипризмой Френеля». (С тех пор, как мы убедимся в этом снова в десятой главе, эксперимент Юнга проводится в двух классических вариантах: варианте самого Юнга и в варианте с бипризмой Френеля.) Энтузиазм французских ученых по поводу открытия Френеля наконец-таки заставил бо́льшую часть научного сообщества принять волновую теорию света и с громадным опозданием воздать должное Юнгу.
Феномен интерференции не только подтвердил волновую природу света, но и стал полезным инструментом научного исследования в принципе, так как сама интерференционная картина довольно проста и легко узнаваема. Если какой-то феномен ее демонстрирует – значит, он имеет волновую природу.
Однако признание волновой природы света, по мнению многих ученых, не решило всех проблем. Особенно сложным был вопрос о среде, в которой распространяются световые колебания. Звуковые волны были колебаниями частиц воздуха точно в таком же смысле, в каком водяные волны были колебаниями частиц воды. Но в какой среде перемещались световые волны? Другими словами, световая волна – это колебания чего ? Традиционный ответ звучал так: это колебания невидимой субстанции, именуемой «эфиром» и пронизывающей собой пространство. Когда человеческий глаз видит звезду, он реагирует на волну в эфире, начавшуюся от этой звезды, прокатившуюся по эфиру через всю Вселенную и достигшую сетчатки глаза.
В конце XIX столетия Альберт Майкельсон и Эдвард Морли показали, что интерференционную картину световых лучей, движущихся в двух разных направлениях, можно использовать для измерения их скорости относительно друг друга. И то, что они не смогли обнаружить никакой разницы в упомянутых скоростях, стало одним из подтверждений того, что никакого эфира в действительности не существует и что свет для своего распространения не нуждается ни в какой среде. Данный эксперимент перевернул не столько наше представление о свете, сколько наше понимание характера и особенностей волнового движения в принципе. Эксперимент Майкельсона – Морли в скором времени стал важной составляющей обоснования теории относительности Эйнштейна.
В XIX столетии эксперимент Юнга, перенесший волновую аналогию с акустики на оптику, ознаменовал собой начало смены научной парадигмы – с корпускулярной теории света к волновой. В XX веке произойдет еще более значимое расширение эксперимента Юнга – будет проведен его третий вариант, в котором будут участвовать не волны (водяные и световые), а частицы. Это дальнейшее развитие волновой аналогии станет, вероятно, самой потрясающей и удивительной в своей простоте демонстрацией тайн квантовой механики, экспериментом, который многие ученые считают самым красивым во всей истории науки. В этой книге ему посвящена последняя глава.
Интерлюдия Наука и метафора
Красота эксперимента Юнга заключается в его удивительной ясности: ученый заставил одно явление (свет) выступать в качестве другого (волна). Этот эксперимент является классическим примером успешного использования аналогии в науке. Однако аналогия (от древнегреческого άναλογία – «соответствие») и метафора (фигура речи, в которой одно явление или объект выступает в качестве другого; от древнегреческого μεταφορά – «перенос») могут вводить в заблуждение и становиться помехой на пути научного исследования. По этой причине об аналогии трудно говорить как об однозначно положительном методе, и многие ученые относятся к ней с предельной осторожностью88.
Некоторые полагают, что аналогии и метафоры в лучшем случае отвлекают от сути, а в худшем вообще запутывают. «Когда вы размышляете о природе, – писал биолог Ричард Левонтин, – опасайтесь метафор». Физик Эрнст Мах считал полезными высказывания типа «рассматриваемый в настоящее время факт А ведет себя… подобно старому и хорошо известному факту В», но отрицал их структурирующее значение для науки. Подобно Маху, химик и историк науки Пьер Дюэм считал метафоры и аналогии важными психологическими, объясняющими и просветительскими инструментами. Однако и он полагал, что настоящая наука со временем отбрасывает любые аналогии.
Метафоры и аналогии в науке играют ту же роль, что Аарон при Моисее. Как известно, пророк Моисей получал указания непосредственно от Бога, однако был косноязычен. А его брат Аарон умел, с одной стороны, внимательно слушать, а с другой стороны, хорошо говорить и доступно объяснять. Он и передавал народу обретенные Моисеем истины. Точно так же и ученые открывают истины о природе, которые затем учителя, популяризаторы науки и журналисты переводят на простой язык, доступный «непосвященным», используя общепонятные образы и слова. Противники использования метафор и аналогии в науке допускают применение этих инструментов во вторичном процессе популяризации и распространения научного знания, но не в первичном процессе научного исследования. Наука – настоящая наука, по их мнению, должна стараться понять, что есть данное явление, а не на что оно похоже .
Однако их оппоненты считают, что метафоры и аналогии настолько прочно вошли в научный метод, что без них практически невозможно обойтись. «Не будет преувеличением сказать, – заявляет физик Джереми Бернштейн, – что вся теоретическая физика основана на аналогиях». «Мы можем помыслить о чем бы то ни было только с помощью аналогий и метафор», – вторит физик Джон Займан. Метафористы и аналогисты считают, что, когда ученые утверждают, что нечто является чем-то, они тем самым неизбежно говорят, на что это нечто похоже и что другое похоже на него.