Помоги проекту - поделись книгой:
Аналогичные эксперименты, проводимые Томсоном, Резерфордом и Ч. Т. Р. Вильсоном, страдали тем же недостатком. Неточность их экспериментов означала, что они могут предложить величину
Милликен нисколько не сомневался в правоте корпускулярной теории, а потому особое внимание он обратил на слова Резерфорда, утверждавшего, что главным недостатком эксперимента Вильсона было то, что в конденсационных камерах происходило испарение воды. Предотвратить испарение исключительно трудно, поэтому Милликен вместо этого решил измерить его скорость, для чего пришлось воспроизвести все прежние эксперименты. Поначалу Милликен попытался использовать электрическое поле, чтобы стабилизировать состояние верхнего слоя конденсата, противодействуя его падению. Это было необходимо для того, чтобы ничто не мешало ему измерить скорость испарения. В результате эксперимент дал неожиданные, но полезные результаты. Даже подавая 10 000 вольт в верхнюю часть конденсата, Милликену не удалось его удержать. Вместо этого он наблюдал, как большая часть конденсата почти полностью исчезла, поскольку возмущенные полем капли стали энергично отталкиваться друг от друга.
Милликен был действительно великим ученым: он сразу оценил значимость этого наблюдения. Прежние эксперименты Резерфорда, Бегемана и Вильсона строились непосредственно вокруг конденсата, их не интересовали отдельные капли. Они заранее принимали, что каждая капля имеет один и тот же заряд. Но то, что увидел Милликен, напоминало последствия землетрясения в районах массовой застройки: хотя большинство зданий, как правило, тут же разрушается, некоторым, обладающим достаточной сейсмостойкостью, удается устоять. Аналогичным образом в конденсационной камере Милликена почти все капли исчезли, но несколько капель все же осталось.
Эти несколько зависших капель, размышлял Милликен, имеют как раз те массу и заряд, которые необходимы для того, чтобы электрическое поле скомпенсировало эффект гравитации. Тогда получалось, что изначальный конденсат состоял из капель, с разными зарядами. Остатки конденсата натолкнули его еще на одну мысль. Как он впоследствии писал в своей статье, датированной 1910 годом, эти замершие на одном месте отдельные капли «стали первым убедительным и неопровержимым доказательством в пользу единичности структуры электричества». Размышлял он довольно просто. Совпадение зарядов отдельных капель и противодействующих им сил было настолько точным, что их нахождение на одном месте красноречиво говорило в пользу наличия стандартной шкалы измерения электрических зарядов. Бесконечно меняющиеся возмущения в эфире никогда бы не смогли дать такого совпадения.
Результаты, полученные Милликеном, не ограничивались только этим наблюдением. Меняя электрическое поле, он получил возможность выбирать нужные ему капли и удерживать их неподвижно, подавая соответствующее напряжение. Снятие напряжения приводило к тому, что капли беспрепятственно падали и можно было определить их массу, пользуясь дифференциальными уравнениями сопротивления воздуха для сфер различного размера. Эти формулы и две полученные им величины позволяли рассчитать электрический заряд каждой капли. Многократно проделав этот эксперимент, Милликен получил огромное удовлетворение оттого, что отношение между зарядами было именно таким, как предсказывала атомная теория. «Величины зарядов всегда находились в пределах погрешности измерений моего секундомера, — писал он впоследствии, — т. е. 1, 2, 3, 4 или какое-то иное число, кратное минимальному заряду капли, который мне удавалось измерить». Это наименьшее число оказалось зарядом одного электрона. Что еще более примечательно, во время этих экспериментов, когда капля удерживалась в камере, часто было видно, как она дрейфует в электрическом поле. Милликен быстро понял, что здесь он наблюдает атмосферные ионы, которые «садились» на каплю, меняя ее электрический заряд. «Мы могли наблюдать тот самый момент, когда ион впрыгивал в каплю или выпрыгивал из нее!» Его восхищению не было предела.
В феврале 1910 года Милликен опубликовал описание своего нового метода в престижном «Философском журнале»[4]. Приняв значение
Слова Добжанского указывают на то, что исключение отдельных результатов — не обязательно порочная научная практика. Вероятность того, что вместе с водой выплеснут и ребенка, очень мала. Тем не менее ученые редко признаются в том, что подвергают результаты исследований определенной селекции. Большинство из них инстинктивно делают вид, будто они честно идут туда, куда ведут результаты их опытов. По крайней мере, в своей первой статье Милликен выглядел явным исключением из общего числа и производил впечатление очень простодушного человека: он описывал все свои опыты, отмечая каждый эксперимент одной, двумя или тремя звездочками в зависимости от того, насколько удачно, по его мнению, тот прошел. Его расчеты среднего значения
Получается, что из самых лучших побуждений Милликен публично признавался в некоторой фальсификации полученных им результатов. Его нельзя обвинить в нечестности, поскольку он ничего не скрывал. Просто эксперименты с конденсационной камерой настолько технически сложны, что такие откровения вполне оправданны. Но в науке ни тогда, ни сейчас не принято допускать подобную откровенность. Один абзац особенно вызывал чувство неловкости у читателей. Объясняя, почему он включил несколько оценочных значений
Как рассказывает философ и историк науки Джеральд Холтон, Роберт Милликен весьма темпераментно относился к интерпретации своих результатов. Хотя время и показало его правоту, эксперименты, сделавшие ему имя, стали неоспоримыми только после того, как появились подтверждения в смежных областях науки. Субъективность подхода, используемого Милликеном, можно прекрасно проиллюстрировать, обратившись к работам одного из его яростных критиков, австрийского физика Феликса Эренхафта (1879–1952). Он скрупулезно опровергал результаты Милликена, показывая, как легко их трактовать в пользу теории его противников.
Эренхафт приступил к изучению природы электричества, будучи убежденным сторонником атомной теории. В 1909 году он даже утверждал, что его собственная оценка величины
Наблюдая за движением маленьких частиц металла и папиросного дыма в микроскоп, он стал утверждать, что следует признать малые величины е, полученные Милликеном. Его собственные эксперименты дали значение
Непредвзятость Милликена позволила ему не перейти в глухую оборону, а увидеть благодаря критике Эренхафта собственные ошибки. Статья, опубликованная в сентябре 1910 года в журнале «Science», показывает, что он, по-прежнему придерживаясь электронной теории, не забывал совершенствовать свой метод: теперь он использовал вместо воды капельки неиспаряющегося масла. «Новый метод, — восторженно писал он, — свободен от всех сомнительных теоретических предположений, и его ценность может оценить любой прохожий».
Тремя годами позже, в 1913 году, статья Милликена в журнале «Physical Review» показала, что его научное суперэго никуда не делось. В опубликованном им отчете утверждалось, что ошибка при измерении
Реальный процесс отбора, который претерпевали данные Милликена, становится ясным, когда читаешь его замечания относительно разных экспериментов. В декабре 1911 года он писал: «Это почти то, что нужно, и лучшее из того, что у меня получалось!»; в феврале 1912 года: «То, что нужно» и «Опубликовать этот прекрасный эксперимент»; в марте того же года: «Опубликовать это обязательно. Прекрасно!» — а потом: «Много ошибок: не использовать!» — и уже в апреле: «Идеально, опубликовать», «Работать не будет», «Слишком большие значения — на 1,5 %», «…на 1 % меньше», и «Слишком большое значение
Тем не менее, строго говоря, этот случай нельзя отнести к научной фальсификации. Как правило, Милликен мог легко найти объяснение необычности результатов — влияние конвекционных токов или загрязнение пылью. Кроме того, если пересчитать величину
Седьмого мая 1912 года он рассчитал величину
Седьмого мая произошла еще одна аномалия. В тот день у него получилось и
Наконец 20 января 1912 года Милликен снова получил непонятные результаты, и
С точки зрения современной науки отсев Милликеном некоторых результатов рассматривается как наведение порядка. Но стоит помнить, что в то время, когда писалась его статья, много говорили об изменчивости величины
Если бы Природа была устроена так, как утверждал Эренхафт, его безоговорочная решимость уже давно сделала бы из него легенду науки с той же легкостью, с какой сегодня он стал одним из заблудившихся «участников забега». В этой связи поучительно отметить, что Эренхафт продолжал искать и эмпирические данные, и журналы, готовые его публиковать, даже в 40-е годы прошлого столетия. Не следует рассматривать это нежелание признать то, что признавали все, как проявление характера. Им всегда руководило стремление опровергнуть общепринятые теории. Если он терял уверенность в себе или уставал ощущать себя отщепенцем, то всегда мог себе сказать, что лишь редкие научные идеи не претерпевают изменения в течение хотя бы десятилетия. Более того, хотя Эренхафту не стоит приписывать то, что он предвосхитил современные открытия в физике элементарных частиц, но и отказывать ему в разумности предположения о существовании «субэлектронов» тоже не стоит.
В заключение хочу заметить, что эта история поучительна в трех отношениях. Во-первых, замалчивание результатов — любых — совершенно недопустимо в науке. Конечно, процесс просеивания полученных данных для определения того, какие из них стоит публиковать, а какие нет, экономит много времени и не дает отвлекать ресурсы на то, что почти наверняка заведет в тупик. Может быть, так поступать разумно, но ученые не любят обсуждать эту сторону экспериментов.
Во-вторых, мы еще раз продемонстрировали, как бывает трудно не смешивать ожидаемые и полученные данные. Совершенно ясно, что Милликен и Эренхафт основывали свои исследования на уже существовавших попытках осмыслить явления природы и самым обычным способом использовали сомнительные результаты для доказательства своих теорий. Эренхафт был готов опубликовать все результаты, потому что они не противоречили его вере в континуум заряда. Милликен же, наоборот, был настолько убежден в правильности атомной теории, что по-разному подходил к получаемым данным — в зависимости от того, какую величину
Наконец, как подчеркивает Джеральд Холтон, история Милликена говорит о том, что способность игнорировать обоснованную критику может сыграть положительную роль в разработке более совершенных теорий: несокрушимая вера Милликена в атомную теорию не позволяла ему замечать критику тогда, когда менее убежденный ученый признал бы свое поражение. Вместо этого вооруженный атомной теорией Милликен и его соратники в 1909 году лишь продолжили поиски доказательств существования электрона.
Глава 3
Затмение Исаака Ньютона
В 1919 году [Эддингтон] возглавил экспедицию на остров Принсипи (Западная Африка). Именно во время этой экспедиции и было получено первое подтверждение теории Эйнштейна, согласно которой гравитация изгибает луч света, когда он проходит вблизи массивной звезды. Во время полного затмения Солнца было обнаружено, что положение звезд, видимых из-за солнечного диска во время его затмения, было, как и предсказывала общая теория, несколько смещено.
Экспедиции в Бразилию и на остров Принсипи по случаю солнечного затмения, произошедшего 29 мая 1919 года, обнаружили, что эффект, предсказанный Эйнштейном, на самом деле существует, причем в количественном отношении соответствие получилось достаточно хорошим.
Представьте себе, что однажды вы, пользуясь сверхмощным телескопом, точно определили расстояния между звездами в созвездии, а потом решили повторить эксперимент — на следующую ночь. И случится так, что свет, направляясь к вам, пройдет очень близко от какой-нибудь звезды или черной дыры, что, к своему удивлению, вы обнаружите, что звезда поменяла положение по отношению к соседкам — звездам в созвездии. Однако, повторив эксперимент в третий раз, во время которого, как и в первом случае, свет не будет проходить рядом с какими-нибудь звездами или черными дырами, вы увидите «странствующую» звезду снова на ее законном месте. Причиной такой странной миграции неподвижных звезд является то, что гравитационные поля обладают способностью деформировать пространство-время и тем самым менять направление движения светового луча. Степень искажения зависит от массы, генерирующей гравитационное поле, и тем, насколько близко от нее проходит световой луч. Ни наш мозг, ни наши камеры не умеют учитывать такие гравитационные эффекты. Более того, когда свет звезды доходит до нас, предварительно пройдя рядом с массивным небесным телом, мы инстинктивно располагаем источник света так, словно луч шел к нам по прямой линии. Из-за этого мы неверно определяем местоположение звезды.
Каким бы странным ни казалось нам искривление светового луча в гравитационном поле, науке это явление было известно давно. Идея о том, что луч света — это поток частиц, имела своих сторонников в течение тысячелетий. После признания ньютоновской теории гравитации оказалось, что она приложима и к этим гипотетическим единицам света. Логично было считать, что каждая такая единица обладает определенной массой, хотя и невообразимо малой, а раз так, то на свет, как и на остальные объекты во Вселенной, будет действовать гравитация. В 1901 году баварский ученый Иоганн фон Зольднер рассчитал с ньютоновских позиций, какое отклонение луча можно ожидать. Представим себе, что свет стремится к нам через воображаемую трубу. При наблюдении с Земли эта труба будет иметь три координаты, с помощью которых можно определить местоположение любой частицы света: две пространственные координаты (вправо/влево, вверх/вниз) и время. Таким образом, по мере движения частицы света по этой воображаемой трубе можно учесть воздействие на нее ближайших звезд и планет и с большой точностью рассчитать ее пространственно-временные координаты.
По крайней мере, так казалось до второго десятилетия XX века. А потом Альберт Эйнштейн опубликовал свои работы по теории относительности и фундаментальным образом подверг сомнению простоту этой картинки. По Эйнштейну, гравитация влияет не на частицы света, а на сами пространственно-временные координаты, которые до того принимались как некий абсолют, позволяющий рассчитывать путь световых частиц. Нашу воображаемую трубу больше нельзя было рассматривать как имеющую стандартные единицы пространства и времени по всей ее длине. Продолжать думать иначе — все равно что считать, будто топографическая сетка на карте не является привнесенной, а составляет часть пейзажа. Как и пейзаж, она подвергается воздействию великих сил природы. Это происходит потому, утверждал Эйнштейн, что огромные гравитационные поля искривляют пространственно-временной континуум и меняют путь проходящего через них света.
Даже зная, что сегодня вряд ли найдется хоть один физик, который не верит в общую теорию относительности, понять эти идеи довольно трудно, а в первое десятилетие XX века у общей теории относительности был статус изящного рассуждения, основанного на ряде сомнительных наблюдений. Сторонники Эйнштейна сталкивались с невероятными трудностями. Несмотря на то что его теория была во многом спекулятивна, история человеческой мысли редко знавала такие изящные и не поддающиеся здравому смыслу концепции. Вскоре физики по обе стороны баррикад, казалось, использовали все, чтобы разработать методы проверки общей теории относительности. В 1916 году Эйнштейн сам рассчитал, что степень искривления света в соответствии с общей теорией относительности будет в три раза больше, чем предсказывала ньютоновская механика. И вот наконец в 1919 году появилась потрясающая возможность экспериментально подтвердить теорию Эйнштейна.
В том 1919 году случилось солнечное затмение. Сторонникам Эйнштейна нужно было с достаточной точностью показать разницу между прогнозами Эйнштейна и оценками Ньютона. Когда свет от звезды проходит рядом с Солнцем, он становится совершенно невидимым из-за огромной яркости самого Солнца. Во время солнечного затмения такая проблема перестает существовать: Луна временно затмевает Солнце, и можно некоторое время наблюдать лучи света, идущие от звезд, источников этого света. И вот в 1918 году две отдельные британские научные экспедиции отправились в тропики. Планировалось провести наблюдения удобных для этой цели звезд во время затмения, которое должно было произойти 20 мая 1919 года, а потом повторить эксперимент в ночном небе. Экспедиции получили хорошую прессу, и научное сообщество с нетерпением ожидало объявления результатов. В конце 1919 года на заседании Королевского научного общества в Лондоне огромное множество присутствующих узнало, что предсказания Альберта Эйнштейна полностью подтвердились. Его восхождение на научный Олимп состоялось, и физике уже не суждено было оставаться прежней.
В последующие годы никто не сомневался в том, что эти два исследования солнечного затмения полностью подтверждают общую теорию относительности. Иногда раздавались некоторые сомнения, но их удавалось быстро загасить. Теперь, по прошествии более 80 лет, можно сказать, что 1919 год для физиков имел то же значение, что и год 1859 (год опубликования дарвиновского труда «О происхождении видов») для биологов. Так, британский физик Пол Дэвис писал в 1977 году в своей книге «Пространство и Время в современной Вселенной»:
Без сомнений, эти экспедиции сыграли огромную роль для развития науки: они показали мощь истинно научного метода. Во-первых, была создана новая теория, которая поставила под вопрос существовавшую ранее. Во-вторых, случилось событие, в отношении которого конкурирующие теории дали свои предсказания. В-третьих, были собраны точные данные, и одна из теорий по праву одержала победу над другой. Помимо этого, история Эддингтона выглядит еще более привлекательно потому, что ему удалось организовать «дуэль на солнце» и свести очень сложную физику к простому углу отклонения. Если добавить экзотические места проведения экспериментов и вспомнить в качестве контрапункта о жестокостях Первой мировой войны, вы получите великолепную научную одиссею.
Однако если копнуть глубже, то окажется, что экспедиции 1918–1919 годов по изучению солнечного затмения были не более успешными, чем тысячи менее масштабных экспериментов и прошлого и настоящего. Главной причиной столь большой известности этих исследований является окончательный триумф идей Эйнштейна. Возвращаясь к экспедициям, нужно сказать: сегодня мы верим, что данные, полученные этими экспедициями в 1919 году, были точными и убедительными. Однако, как мы уже убедились в первых двух главах, это может быть не совсем так. Ученые, участвовавшие в эксперименте, очень хотели, чтобы потомки воспринимали их как первых исследователей, доказавших правоту теории относительности. Но, как показали историки науки Джон Иэрман и Кларк Глаймур, приведенные тогда свидетельства правоты Эйнштейна были совершенно недостаточными. И тут сразу возникает вопрос: почему научное сообщество с такой готовностью приняло экспериментальные «доказательства», которые таковыми по сути не являлись?
Обе экспедиции по изучению солнечного затмения состояли из английских физиков. Первую группу, которая наблюдала затмение из бразильского городка Собраль, возглавляли Эндрю Кроммелин и Чарльз Дэвидсон. Во главе второй группы были Артур Эддингтон и его помощник Э. Коттингэм, они проводили исследования на острове Принсипи, расположенном у берегов Западной Африки. Эддингтон, рожденный в английском Озерном крае, к тому времени уже был известным физиком и работал в Кембридже. Именно его интерпретация данных, полученных обеими группами, должна была стать доказательством правоты Эйнштейна. В связи с этим стоит упомянуть, что еще до отъезда на остров Принсипи он проявлял всяческие симпатии к Эйнштейну. Будучи самым активным сторонником общей теории относительности, он не скрывал, что отправляется на Принсипи, твердо надеясь доказать, что интуиция его не подводит.
Чтобы понять трудности, с которыми столкнулись ученые, сначала необходимо рассмотреть, каким оборудованием они пользовались. Группа, работавшая в Собрале, взяла с собой «астрографический телескоп» и четырехдюймовый телескоп. Группа Эддингтона имела всего лишь астрографический инструмент. Планы у обеих групп были одинаковыми: сфотографировать пучки звездного света как можно ближе к краю затмения, а затем сфотографировать те же звезды несколько позднее в других частях неба. Кроммелин должен был остаться в Бразилии, чтобы проделать эту работу, тогда как Эддингтону нужно было вернуться в Англию и продолжить исследования на экспериментальной базе Оксфордского университета.
У групп были с собой аналогичные предварительные расчеты. В зависимости от того, насколько велико будет отклонение, будет доказана правота либо Ньютона, либо Эйнштейна. Они были готовы присудить победу Ньютону, если угол отклонения составит порядка 0,8 угловой секунды, или Эйнштейну, если значение будет близко к 1,7 угловой секунды. Эта разница настолько мала, что ее можно сравнить с измерением ширины одного пенса на расстоянии одной мили. То была нелегкая задача. Если же случится так, что на момент затмения звезд, расположенных близко к краю солнечного диска, не окажется, ученым придется выбирать звезды, расположенные дальше, а это означает, что проводить измерения будет значительно сложнее, поскольку влияние Солнца на свет от таких звезд существенно меньше. Нетрудно понять, почему исключительно сдержанный Эддингтон, получив результаты измерений, близкие к тем, что предсказывал Эйнштейн, написал: «Это было самым волнующим событием на моей памяти… связанным с астрономией».
Помимо того, что нужно было измерить невероятно малые величины, обе группы столкнулись с огромным количеством и совершенно иных проблем. Самой большой из них оказалось сравнение видимого положения звезд, сфотографированных в разных участках неба и в разное время года, при разной температуре, а разница в фокусном расстоянии холодного и теплого телескопа легко могла внести искажение, сопоставимое с измеряемыми величинами. Кроме того, фотографирование солнечного затмения нужно было проводить днем, а остальное фотографирование — ночью. Помимо температуры окружающей среды на точность измерений влияла также «атмосферная турбулентность». (В результате происходило искажение фоновых изображений, в основном возникавших как следствие конвекционных потоков, которые видны невооруженным глазом, например, над жаровней для барбекю. В условиях тропиков турбулентность атмосферы представляет собой особо сложную проблему.) Вдобавок обе группы столкнулись с неблагоприятными погодными условиями, мешала частичная облачность.
Не следует забывать и о том, что транспортировка из Англии на такое большое расстояние не могла не сказаться на состоянии телескопов, тогда как малейшее воздействие, изменяющее угол фотографической пластины, способно привести к непоправимым последствиям. В дополнение ко всему солнечное затмение нужно было наблюдать в отдаленных районах, и доставка любого современного оборудования была делом нелегким. Обеим группам приходилось довольствоваться небольшими инструментами, значительно увеличивавшими время экспонирования. Все телескопы нужно было вращать в сторону, противоположную вращению Земли, чтобы они оставались нацеленными на одну и ту же точку неба. Механизмы вращения, разработанные инженерами обеих групп, явились еще одним источником погрешности.
Некоторые из этих трудностей можно было учесть и принять во внимание при проведении расчетов. Обычно это касается той части смещения звезд, которая связана с механикой телескопов и фотографического оборудования. После получения количественной оценки этого воздействия, легче выделить поведение светового луча, идущего от интересующей нас звезды. Введение соответствующей коррекции требует как минимум шесть не меняющих своего положения звезд на каждом фотоснимке. В противном случае данных для проведения статистических расчетов будет не хватать. Ни одна из групп — ни та, что была в Бразилии, ни та, что была на острове Принсипи, — не могла отрицать, что их экспериментальный метод не свободен от ошибок, которые не удалось заранее определить, поэтому они так и останутся нераспознанными.
Чтобы дать представление о том, насколько серьезными были все эти проблемы, следует упомянуть, что в 1962 году намного лучше оснащенная группа британских ученых попыталась воспроизвести результаты, полученные Эддингтоном. После неудачной попытки они заявили, что этот метод слишком сложен. В свете трудностей, рассмотренных выше, такой вывод нельзя назвать неожиданным. Нобелевский лауреат Субраманьян Чандрасекар, с которым у Эддингтона был продолжительный и во многом личный научный спор, позднее заявил, что экспедиции 1918–1919 годов лишь отчасти были вызваны научным интересом. Он высказал предположение, что Эддингтон влез в это довольно бесперспективное дело, дабы избежать воинской службы в годы Первой мировой войны. До сих пор это заявление Чандрасекара никто не опроверг.
В долгожданные часы затмения группа, прибывшая в Собраль, смогла получить 19 фотографий с помощью своего астрографического телескопа и 8 фотографий — с помощью четырехдюймового телескопа. Группе Эддингтона на Принсипи помешала облачность — удалось получить только 16 снимков, из которых лишь два были пригодны для анализа. Группа в Собрале сумела получить очень четкие снимки с помощью четырехдюймового телескопа. Они позволили определить, что отклонение луча Солнцем происходит в диапазоне от 1,86 до 2,1 угловой секунды при среднем значении 1,98 угловой секунды. (Отметим, что Эйнштейн предсказывал величину порядка 1,7 угловой секунды.) Фотографии же, полученные с астрографа, были хуже, но 18 из них были использованы для расчета среднего угла отклонения, который получился равным 0,86 угловой секунды. Другими словами, один комплект фотографий дал результаты, близкие к расчетам Эйнштейна, а другой — величину, очень близкую к значению 0,8, которую дает теория Ньютона. К сожалению, одни значения оказались слишком большими, чтобы строго соответствовать общей теории относительности, а другие основывались на фотографиях плохого качества. Кроме того, каждый комплект фотографий содержал очень большую стандартную погрешность.
На основе фотографий приемлемого качества, полученных на острове Принсипи, Эддингтон рассчитал смещение луча, лежавшее в пределах от 1,31 до 1,91 угловой секунды. Однако качество этих фотографий оставляло желать лучшего, а математическая формула, которую он использовал для расчетов, сама по себе была не совсем корректна. Но как бы там ни было, две фотографии плохого качества, полученные группой Эддингтона, дали среднее значение 1,62 угловой секунды, что недопустимо меньше расчетной величины Эйнштейна.
Совершенно очевидно, что такое ненадежное и противоречивое доказательство не могло разрешить спор между двумя теориями. Достаточно вспомнить о турбулентности атмосферы. В условиях жаркого климата, в котором работали обе группы, имевшаяся турбулентность позволила бы зафиксировать только очень большое смещение света. Если бы обе группы измеряли отклонение лучей, проходящих по краю солнечного диска, то отклонение было бы достаточным для того, чтобы выделить воздействие турбулентности. Однако в 1919 году ближайшие к солнечному диску лучи не могли быть видны из-за солнечной короны, а видимые лучи должны были несколько отстоять от края солнечного диска. Следовательно, смещение света было столь незначительным, что наблюдаемое явление можно было бы смело отнести к воздействию турбулентности атмосферы. В какой-то мере обе группы это хорошо понимали. Поэтому в дискуссии, которая проходила после объявления результатов, полученных во время солнечного затмения, Эддингтон и его помощники признавались, что расчеты были ненадежными. Однако прошло всего несколько месяцев, и с кафедры королевского астронома было объявлено: теория Эйнштейна победила.
Экспедиции в Собраль и на Принсипи получили результаты, которые не могли однозначно подтвердить ни теорию Ньютона, ни теорию Эйнштейна. В своей книге «Физические основания общей теории относительности» (1972) британский астроном Деннис Скьяма объяснял, что пресловутые исследования солнечного затмения «очень трудно оценить… поскольку другие астрономы получали совершенно различные результаты при повторном рассмотрении одного и того же материала». В этом случае можно, не сомневаясь, объявлять победителем обе теории, хотя группе, работавшей в Собрале, могло показаться, что справедливее было бы объявить ничью. Однако произошло нечто совсем иное. Усилиями Эддингтона результаты, полученные во время солнечного затмения, были подвергнуты косметической операции таким образом, чтобы полностью соответствовать расчетам Эйнштейна. Без такой обработки результатов правоту Эйнштейна в 1919 году доказать бы не удалось.
Эддингтон начал с того, что подверг сомнению результаты, полученные в Собрале. Он заявил, что величины, измеренные с помощью астрографа, не дают, как это должно быть, случайного распределения вокруг некоторой точки. Вместо этого они находились ниже этой точки, что позволяло говорить о «систематической погрешности», позволившей искусственно занизить и само среднее значение. Без такой погрешности, размышлял он далее, результаты измерений собральской группы тоже находились бы у верхней границы значений, полученных Эйнштейном. Аргумент был убедителен, но беда Эддингтона заключалась в том, что он не доказал отсутствия такой ошибки в других данных. Отвечая на неприятные для себя вопросы, он ни разу не привел убедительных доказательств в пользу того, что в принятые им измерения не вкралась та же ошибка. Более того, Эддингтон для своего удобства полностью игнорировал тот факт, что фотографии, полученные собральской группой, были визуально намного безупречней его двух размытых изображений. Сомнения в надежности результатов, Кроммелина и Дэвидсона, могли быть вполне обоснованны, но при этом следует помнить, что качество фотографий, полученных самим Эддингтоном, было намного хуже. Как в 1923 году писал американский публицист У. Кэмпбелл:
Это весьма критическое отношение к предмету гордости любого британца. Отметим также, что две фотопластины Эддингтона содержали недостаточное количество изображений несмещающихся звезд, по отношению к которым рассчитывалась погрешность (таких звезд было пять вместо шести). Добавьте к этому большое среднеквадратичное отклонение в принятых им результатах (из-за чего все результаты были либо слишком большими, либо слишком маленькими), и вы поймете, почему Иэрман и Глаймур в своей опубликованной в 1980 году статье писали, что «изучавшие затмение экспедиции смогли бы подтвердить теорию [Эйнштейна] только в том случае, если бы исключили часть полученных результатов и игнорировали бы расхождения в оставшихся». Другими словами, теория Эйнштейна подтверждена не была.
Основной принцип стандартной модели научного метода звучит так: что теоретические расчеты не должны влиять на то, какие экспериментальные результаты следует использовать и какие нужно игнорировать. Но и в подходе Эддингтона, и в случаях с Луи Пастером и Робертом Милликеном теоретические и экспериментальные результаты становились взаимоподтверждающими. Эддингтон оценивал свои результаты по тому, насколько они соответствовали нравившимся ему теоретическим выкладкам. С одной стороны, особая значимость придавалась фотографиям, аппроксимация которых давала предсказанную Эйнштейном величину в 1,7 угловой секунды, а с другой — изобретались всякие надуманные причины, чтобы не рассматривать результаты, которые не укладывались в его теоретические представления. «Выкладки Эйнштейна не получили такого неопровержимого подтверждения, как представлялось ранее», — деликатно писал Скьяма в 1972 году. В отношении экспедиций по изучению солнечного затмения он заметил следующее: «Нельзя отделаться от впечатления, что, если бы участники экспедиции не знали, какие результаты следует ожидать, то их реальные результаты варьировались бы в более широком диапазоне». Или, как на заседании Королевского астрономического общества в 1919 году сказал американский физик польского происхождения Людвик Зильберштейн, «если бы нам не была известна теория Эйнштейна, то мы бы не могли сказать, что полученные данные свидетельствуют о справедливости закона отклонения света». Манипуляции с данными, допущенные Эддингтоном, столь серьезны, что трудно избавиться от такой крамольной мысли: если бы теории предсказывали противоположные значения — ньютоновская теория давала бы большие значения, а теория Эйнштейна маленькие, то Эддингтон отказался бы от своих фотографий как от слишком расплывчатых и с удовольствием бы воспользовался астрографическими снимками, полученными в Собрале.
Большинство современников Эддингтона оказались менее критичными или менее циничными, чем Зильберштейн и Скьяма. В результате после тщательного отбора множество данных, обработанных Эддингтоном, были представлены как убедительно доказывающие правоту теоретических построений «своего» ученого. Полностью проигнорировав 18 фотопластин по весьма сомнительным причинам, он приступил к написанию официального отчета об экспедиции. В нем он рутинно упоминал только два множества точек: четыре фотографии, полученные с помощью четырехдюймового телескопа группой в Собрале, и две свои фотографии очень низкого качества. Поскольку эти два множества дали средние значения отклонения 1,98 и 1,671 соответственно, то подготовленному читателю остается только сделать вывод, что Ньютон потерпел полное поражение: гигант последних двух столетий наконец-то повержен.
Поскольку 18 астрографических фотопластин были исключены из рассмотрения и забыты, то и озабоченность низким качеством фотографий, полученных на Принсипи, тоже быстро развеялась. Сложности эксперимента были забыты, и спор между сторонниками Эйнштейна и Ньютона разрешился. По крайней мере, такой вывод можно сделать, прочтя отчет об экспедициях по изучению солнечного затмения, изложенный в популярной книге А. Коулмана «Теория относительности для непосвященных» (1969):
Коулман и другие научные комментаторы не обращали внимания на тот факт, что среди астрономов, однако, отчет Эддингтона не получил быстрого признания. Еще в 1918 году американская экспедиция отправилась в штат Вашингтон, чтобы наблюдать солнечное затмение. Она доложила, что отклонения света на 1,7 угловой секунды «не существует». Между 1922 и 1952 годами наблюдалось еще 10 затмений и только для одного из них были получены, как казалось, высококачественные данные, которые дали отклонение луча в 2,224 угловой секунды — значительно большее, чем предсказывал Эйнштейн. По сути, почти каждое наблюдение затмения давало либо ненадежные, либо, как это было в большинстве случаев, и ненадежные и не совпадающие с расчетами Эйнштейна данные. В свете этих результатов многие ученые, находящиеся на переднем крае исследований в области общей теории относительности, совершенно разумно воздерживались от окончательных высказываний, а некоторые физики поддержали общую теорию относительности только после того, как появились ее подтверждения совершенно иного рода.
В борьбе со своими критиками Эддингтон активно использовал Королевское лондонское научное общество. Эта организация была создана в конце XVII века в стране, не успевшей забыть убийство короля и гражданскую войну. На таком фоне мирное и чинное разрешение споров, и в науке тоже, значило очень много. Работа Королевского общества проходила в большом актовом зале — там могли собираться самые видные ученые, чтобы своими глазами видеть, как ставятся эксперименты. Идея заключалась в том, чтобы члены общества воздерживались от высказывания своего мнения по определенному вопросу до тех пор, пока перед ними не будут поставлены соответствующие эксперименты. Только тогда научное сообщество может, используя демократическую процедуру, прийти к консенсусу и таким образом избежать продолжительных конфликтов. Во многих отношениях, такие же принципы решения научных споров дожили до нынешних времен. Однако сегодня не обязательно собирать ученых в одном зале — достаточно в журнальных статьях подробно описывать приборы и методики экспериментов, чтобы другие ученые смогли провести аналогичные опыты в своих лабораториях.
Правда, когда дело доходит до определения того, что удалось доказать экспериментом, а что не удалось, часто возникают проблемы. Более того, как показали английский социолог Гарри Коллинз и его американский коллега Тревор Пинч, некоторые эксперименты требуют специальной подготовки, особенных знаний и технического опыта. Это означает, что ученые иногда должны верить своим коллегам на слово. В случае с экспедициями в Собраль и на Принсипи, помимо трудностей с пониманием общей теории относительности и выполнением соответствующих расчетов, сами эксперименты были очень сложны для выполнения, невероятно дороги и полностью зависели от солнечного затмения. Таким образом, лишь редкие астрономы решались воспроизвести эксперимент Эддингтона. При таких обстоятельствах большинство было готово принять его интерпретацию без всяких возражений. Как бы там ни было, но этот случай явился убедительной демонстрацией роли доверия в развитии науки.
Чтобы понять, почему рядовые ученые так доверяли Эддингтону, нужно сначала осознать то, что для многих из них Эйнштейн был самым выдающимся физиком современности. А Эддингтон был очень известным астрономом. В 1919 году он пользовался неограниченным доверием еще и потому, что был известен как комментатор общей теории относительности. Он говорил о ней с такой страстью, с такой верой, что его соратник физик Людвик Зильберштейн однажды заметил: «Профессор Эддингтон, вы, пожалуй, один из трех человек в целом мире, кто понимает общую теорию относительности». После возникшей паузы он добавил: «Не скромничайте, Эддингтон». На что последний ответил: «Наоборот, я пытаюсь понять, кого третьего вы имели в виду?» Эта история, конечно, вымышлена, но весьма любопытна и показательна.
Вера в то, что Артуру Эддингтону удалось доказать правоту Эйнштейна, быстро крепла благодаря прочным позициям в науке новых сторонников теории относительности. 6 ноября 1919 года сэр Джозеф Дж. Томсон, президент Королевского научного общества, заявил представителям английской научной элиты: «Присутствующим трудно оценить значение цифр, которые были представлены нам, однако королевский астроном и профессор Эддингтон тщательно изучили материал и считают, что доказательств большего угла отклонения света было получено вполне достаточно». Имея на своей стороне такие лица, как президент Королевского научного общества и королевский астроном, Эддингтон вряд ли удивился, прочтя на следующее утро в газете «Таймс» следующие заголовки:
«По общему убеждению, — писала газета, — наблюдения [затмения] убедительно доказали правильность предсказаний великого физика Эйнштейна». В течение нескольких последующих недель «Таймс» публиковала письма уважаемых ученых в поддержку теории относительности, при этом одно письмо пришло 28 ноября от самого Эйнштейна. К противоположному мнению пресса относилась весьма неуважительно. Действительно, если мы еще раз вернемся к заявлению Дж. Дж. Томсона, то убедимся, что он заранее был готов ошарашить научное сообщество так же, как это впоследствии сделала «Таймс» по отношению к своему читателю. В его заключительных замечаниях он не зря произнес: «Присутствующим трудно оценить значение цифр, которые были представлены нам». Это можно понять и так: собравшиеся не способны разобраться в этом вопросе, поэтому им придется верить на слово. Таким образом, если бы среди присутствующих нашелся человек, решившийся возразить Эддингтону, ему пришлось бы опровергать не только представленные данные, но и авторитет научной троицы в лице королевского астронома, президента Королевского научного общества и самого Эддингтона. Дело бесперспективное…
Поскольку Томсон огласил свое решение, научное сообщество решительно перешло на сторону руководства. По большей части ученые делали это, не имея представления о данных, полученных экспедициями. Более того, они сохранили свою позицию, несмотря на последующие критические публикации. Совершенно непонятно, почему оказалось так трудно поколебать всеобщее мнение после 1919 года. Только самые передовые исследователи были готовы оспорить данные Эддингтона, однако, несмотря на то что их статьи публиковались, у них не хватило сил опровергнуть интерпретацию, прозвучавшую 6 ноября 1919 года. После этого им приходилось иметь дело с тем, что можно назвать словами «культурный консенсус». Те ученые, чьи астрономические знания были достаточно ограниченны, решили поддержать более знающих и уважаемых коллег. Получается, что хотя бы на короткое время научная правда — это правда научного большинства.
Канонический рассказ об экспедициях по изучению солнечного затмения содержит все признаки презентизма. Есть важнейший эксперимент, который подтверждает новую блестящую теорию; есть человек, чья прозорливость и решимость позволяют этой теории стать научным фактом; кроме того, все это окутано экзотикой джунглей острова Принсипи и Бразилии. Если рассматривать все это в свете сегодняшних знаний, т. е. зная, «что случилось потом», нам ничего не остается, как признать: результаты состоявшегося в ноябре 1919 года доклада оказались не чем иным, как самой передовой наукой. Эддингтону явно повезло. Если бы его данные не подтвердились в результате более точных экспериментов, его посмертная репутация могла бы серьезно пострадать и рассказы об экспедициях, изучавших солнечное затмение, вряд ли смогли бы так долго вдохновлять студентов-физиков.
Анализ экспериментов, проведенных в 1919 году, показывает, что Эддингтон во многом нарушил канонические правила научного метода. В 1919 году общая теория относительности одержала победу потому, что ей была создана необходимая реклама. Однако такое происходило и ранее. В том, что закат сэра Исаака Ньютона произошел именно таким образом, есть какая-то высшая справедливость — ведь и он сам два века назад, будучи президентом Королевского научного общества, проталкивал свои идеи, вовсю пользуясь административным ресурсом.
Глава 4
Очень ненаучное управление
На «научном управлении» Тейлора покоится прежде всего необычайный рост изобилия в последние семьдесят пять лет, благодаря которому благосостояние трудящихся масс в развитых странах поднялось до беспрецедентного уровня, порой превышающего даже положение состоятельных слоев. Тейлор, сыгравший в науке управления роль, сравнимую с ролью Ньютона (или Архимеда) в физике, заложил такие основы, к которым за все последующие годы удалось добавить совсем немного, хотя со дня его смерти прошло целых 60 лет.
Согласно Петеру Друкеру, американский инженер Фредерик Уинслоу Тейлор, один из выдающихся авторов литературы по менеджменту (1856–1915), должен быть в ряду таких мыслителей, как Дарвин, Фрейд и другие «творцы современного мира». Друкер утверждает: то, что сделал Тейлор, важнее, чем теория Карла Маркса. Его вклад в управление промышленностью стал настоящей революцией в развитии индустрии. Тейлор привнес аналитический подход в науку о бизнесе, позволяющий оптимизировать использование сотрудников, машин и материалов. С этой оценкой согласны даже самые непримиримые критики Тейлора, те, кто особое внимание уделяет человеческому фактору в менеджменте — они говорят, что, если бы Тейлора не было, его обязательно нужно было бы придумать. При жизни Тейлор не вызывал симпатий. Неприятие профсоюзами его подхода было настолько сильным, что они долгое время добивались в палате представителей создания специальной комиссии для расследования метода Тейлора. Даже во фразе, с которой к Тейлору в 1912 году обратился председатель этой комиссии, видна их озабоченность:
В действительности нет подтверждений тому, что Тейлор вообще размышлял с таких крайних позиций. Его идеи ограничивались масштабами отдельного предприятия, а проблемой людей, не соответствовавших его требованиям, должна была заниматься экономика более высокого уровня. Когда он пытался решать судьбу тех, кому не было места в его схеме, в его решении проглядывали и самообман, и человеческое сострадание. Говоря о работе, проделанной его коллегой на фабрике, производившей подшипники для велосипедов, он отметил следующее:
Однако даже такое краткое проявление человечности в работах Тейлора можно встретить нечасто. Внешне похожий на бесчувственную машину, Тейлор относился одинаково и к работникам и к машинам. Он, например, рассчитал надежность приводных ремней, экспериментально определив натяжение для ремней разной длины. Затем, представив свои результаты в табличной форме, он показал рабочим, когда и как регулировать натяжение. Внедрение безупречной логики в производство и менеджмент занимало Тейлора на протяжении всей его продолжительной и блестящей карьеры.
Почтение, с которым относятся к Тейлору до сих пор, объясняется результатами, приведенными в его главном труде «Принципы научного менеджмента». Эта книга продолжает издаваться уже больше века. В ней много выпадов против «привычки», работы на «авось» и «штурмовщины». Вероятно, самый известный пример из этой книги — набор пенсильванской компанией «Вифлеем Айрон» силачей для погрузки чугунных чушек в железнодорожные вагоны. В течение целого столетия учебники по научной организации труда, промышленной психологии и другим смежным дисциплинам, так или иначе рассказывают о том, как Тейлору удалось на 300 % повысить эффективность этих грузчиков в течение всего нескольких недель. Популярность этого примера мешает пониманию трех принципов, которые, по убеждению Тейлора, должны лежать в основе научного менеджмента. Первое: провести «тщательный отбор исполнителей» или найти тех, кто относится к наиболее способной элите. Второе: убедить исполнителя в справедливости сдельной оплаты. Третье: предпринять всестороннее изучение способов, благодаря которым можно повысить эффективность отношения исполнителя к работе, мотивацию.
Идеи Тейлора надолго пережили его время. В 20–30-е годы прошлого столетия он был настоящим идолом экономически эффективного управления. Среди его сторонников были не только лидеры бизнеса и управляющие в развитых капиталистических странах. Говорят, что и Ленин, и Муссолини считали его идеи весьма полезными. Более того, его вера в необходимость подготовки профессионалов для изучения промышленного производства и его рационализации привела к возникновению целой армии консультантов по промышленному управлению. Эти новые «повелители вселенной» во всем следовали за Тейлором, и те принципы, которым их обучали в вузах или во время производственной практики, так или иначе были связаны с результатами исследований самого Тейлора. Однако человек, по мнению Друкера, внесший «самый значительный вклада Америки в западную научную мысль со времен „Федералистских бумаг“»[6], на самом деле представляет собой гораздо более сложное явление, чем следует из вышеприведенной характеристики.
Независимо от того, насколько в реальности применимы или неприменимы его методы, исследования Тейлора, проведенные им на Вифлеемском сталелитейном заводе, даже приближенно не отвечают требованиям научного метода. Во многом это объясняется тем, что значительная часть опубликованных им результатов оказалось ложью. А обнаружилось это так. Спустя 60 с лишним лет после исследований на Вифлеемском сталелитейном заводе (за это время данные Тейлора ни разу не оспаривались), один из двоих его сотрудников, непосредственно участвовавших в этих исследованиях, а именно: Хартли Ч. Уолле, умер на своей ферме в местечке Принцесс-Анн, штат Мэриленд. Среди его вещей была обнаружена копия отчета, который он и Джеймс Гиллеспи представили Тейлору 17 июня 1899 года и который лег в основу самых важных выводов Тейлора. Огромные расхождения между этим отчетом и изложением его результатов в тейлоровских «Принципах научного менеджмента» меняют наше представление о человеке, которого биографы рисуют как «безупречного во всех отношениях».
В Вифлеемской сталелитейной компании погрузка чугунного литья была изматывающей непосильной работой. Ватаги людей облепляли отливки и, толкая их по каткам, устанавливали в поджидавшие железнодорожные вагоны. Частично потому, что работа была тяжелой и монотонной, да еще и плохо оплачиваемой, Ф. У. Тейлор и его коллеги предположили, что в этой операции имеется большой задел для повышения производительности труда. В 1898 году Гиллеспи и Уолле — два амбициозных менеджера, практикующих научный подход к управлению, — получили задание проанализировать труд грузчиков. Их задание состояло в том, чтобы преподать «предметный урок» рабочим Вифлеемской компании и показать, сколько может заработать человек при сдельной оплате труда. Сначала они провели нормирование, чтобы определить такую ставку, которая казалась бы справедливой самим рабочим и заставляла бы их работать интенсивнее. Гиллеспи и Уолле обнаружили, что при поденной оплате рабочие грузили по 12,2 тонны чугуна в день. После чего они отобрали 10 венгров могучего телосложения, бригадиром у которых был некий Джон Хаак. Этого сурового человека убедили грузить чугун «в максимальном темпе».
Через 15 минут после начала работы им удалось погрузить 16 тонн — больше, чем за целый рабочий день. Нет ничего удивительного в том, что они «совершенно выбились из сил». На основе этого и других исследований Уолле и Гиллеспи решили, что первоклассный работник может погрузить 7,5 тонны в час, работая в максимальном темпе. Уменьшив почасовую производительность на 40 %, чтобы люди могли отдохнуть или на случай непредвиденных задержек, они пришли к выводу, что первоклассный работник может погрузить 45 тонн чугуна в день. Это позволило рассчитать сдельную оплату, которая равнялась 0,0375 доллара за тонну. Получаемая ежедневная зарплата должна была стимулировать значительное повышение производительности. Те, кто грузил больше 45 тонн в день, зарабатывали соответственно больше.
В книге «Принципы научного менеджмента» Тейлор утверждает, что, установив сдельную заработную плату в размере 0,0375 доллара в час, он приступил к «научному отбору рабочих». Не все люди, объясняет он, в равной мере могут воспользоваться преимуществами сдельной оплаты, и хороший грузчик чугуна должен иметь соответствующий внутренний настрой. Основой его философии был подбор людей, наиболее пригодных для данной конкретной работы. Возвращаясь к грузчикам чугунных отливок, он писал:
Тейлор проиллюстрировал, какой рабочий ему нужен, и обессмертил «маленького пенсильванского голландца» (этот термин потом «приклеился» не только к голландцам, но и к иммигрантам с немецкими корнями), которому он дал фамилию Шмидт:
«Зарабатывая всего 1,15 доллара в день, — писал Тейлор в одной из своих работ, — Шмидт умудрялся воздвигать стены своего маленького дома утром до работы и вечером, придя с работы домой». Он не только «бодрым шагом проходил милю до работы, но и с работы возвращался без признаков усталости, такой же свежий, как и утром». В образе Шмидта видны все викторианские, пуританские ценности, которым, по мнению имевшего квакерское происхождение Тейлора, должен был отвечать хороший и верный работник. Более того, Шмидт стремился зарабатывать больше. Один из знакомых Шмидта, пишет Тейлор, сказал, что «для него даже пенни кажется размером с тележное колесо». Однако не все описания, сделанные Тейлором, были такие безобидные. Тейлор также говорит, что Шмидт соответствовал его вере в то, что «человек, лучше всего подходящий для погрузки чугунных отливок в качестве своего основного занятия, должен быть настолько глуп и флегматичен, что по своему психологическому состоянию походить больше всего на быка».
Шмидт, соответствующий всем этим требованиям, стал воплощением идеального грузчика для чугунного производства. В книге «Принципы научного менеджмента» Тейлор подробно описывает, по каким критериям он отобрал еще несколько «дорогостоящих» рабочих. Он сделал так, чтобы во всех углах Вифлеема знали, что он ищет людей, готовых хорошо поработать за хорошие деньги. Мужчины, которые отзывались на эту просьбу, подвергались тщательному научному анализу на предмет их умственной и физической пригодности. Тейлор позднее писал, что местная пресса поначалу встретила его планы в штыки. «Однако, — не без гордости отметил Тейлор, — даже нещадно нас критикуя, газеты оказывали нам огромную услугу и делали самую лучшую рекламу». Скорее всего, противодействие газет лишь привлекло внимание к эксперименту Тейлора и позволило ему отобрать столько «дорогостоящих» рабочих, сколько было нужно.
Следующий этап описываемой Тейлором процедуры состоял в том, чтобы «убедить отобранных грузчиков работать по-научному». Это означало, что они должны были согласиться на сдельную оплату, поскольку обычно попытки внедрить сдельную оплату заканчивались забастовками. Рабочие боялись, что перестанут получать деньги, если заболеют или устанут работать. Однако Тейлору, кажется, эта часть работы удалась без особого труда. Он подчеркивал достоинства такой системы оплаты для рабочего. Он даже приводит диалог со Шмидтом, изобилующий высокомерными, покровительственными интонациями и словно написанный для того, чтобы позлить самых непримиримых критиков Тейлора:
Поделиться книгой: