Физика? Нет ничего проще! Возвращение физики

Но вот ряд наблюдений за процессом роста кристаллов веществ, которые были объектами наших исследований, показал, что эти кристаллы, возможно, растут в соответствии с другим законом. Более сложное, чем в модели Бартона, Кабреры и Франка, атомное строение этих кристаллов позволило предположить, что в простейшей модели структура ступеньки на растущей поверхности будет несколько иной, а потому и закон может иметь иной вид для этого частного случая. Это никак не противоречит научности, адекватности и точности предыдущего модельного описания. А дальше – на установление конкретного вида этого закона ушло больше года напряженной работы группы сотрудников. Кристаллы растут достаточно медленно, и процесс в нашем случае тянулся от суток до недели. И все это время – непрерывное наблюдение за процессом, его обеспечение, контроль и управление, с которыми не может безнадзорно справиться никакая автоматика. Это захватывает, но изматывает. Но вот процесс закончен, и кристалл, добытый из недр установки, лежит на столе, и мы любуемся им. И вот уже один доцент позвякивает возле сейфа с веществами какой-то посудой, а его аспирант бежит в институтский буфет за сосисками с горошком. В нарушение всех правил внутреннего распорядка мы садимся за один из лабораторных столов и в процессе такого вот мини-банкета делимся впечатлениями, вспоминаем грустные и смешные истории, происходившие в процессе эксперимента, говорим, что недопустимо вот так выматываться и договариваемся, когда будем выматываться в следующий раз и что к этому надо подготовить. Затем, усталые, но счастливые, расходимся по домам – к семьям, ваннам, вкусным ужинам и вообще нормальной жизни. Все, что здесь было описано – научная работа. Этому невозможно научить. Более того – нельзя учить. Не буду я учить студентов и аспирантов разводить спирт – этому уже научил Менделеев. Не буду учить нарушать правила внутреннего распорядка учреждения и здорового образа жизни. Но научная работа, в отличие от науки, имеет человеческое лицо, и не только лицо. Она просто человечна. Наука себе этого позволить не может.

В результате примерно года такой упорной работы, выращивания в разных условиях исследуемых кристаллов и их изучения мы установили, что закон послойного роста для них и вообще для большой группы веществ другой, новый,

Таким образом, был установлен новый, четвертый после трех установленных Бартоном, Кабрерой и Франком [1] законов роста кристаллов – закон «дислокационного роста кристаллов с малым числом изломов на ступени». Этот закон был описан в соответствующем научном издании [7] и является научным результатом проведенной работы, то есть относится к науке. В процессе установления закона условия и результаты экспериментов все время проверялись на соответствие научности. Таким образом, установленный закон и условия его установления могут быть транслированы средствами науки с целью возможного использования этих данных другими исследователями. Но все это будет существовать уже в отрыве от нас, и у этого результата не будет человеческой «привязки», как нет у него и человеческого лица с эмоциональными выражениями.

Чрезвычайно важным шагом решения задачи, в том числе – исследовательской, является установление закона, в соответствии с которым эта задача будет решаться. Здесь следует понимать, что частным случаем установления закона для решения задачи, во-первых, является обоснованный выбор нужного закона из числа уже известных, понимаемых на уровне присвоения процедуры их установления в режиме виртуального сотрудничества с авторами. Во-вторых – сама исследовательская задача может быть задачей по установлению закона. В обоих этих частных случаях речь идет либо об очередной проверке адекватности известной модели, описывающей лежащее в основе постановки задачи наблюдаемое явление, либо о констатации неадекватности такой модели, что является стимулом к формированию новой, адекватной модели для расширенного круга родственных явлений или для углубленного понимания сущности ранее уже изучавшегося явления. Установлению законов (следовательно, пониманию процесса и результата их установления другими исследователями) можно обучить [6], поскольку это научный подход, это наука. И надо в интересующей нас области знать законы, которые уже существуют для адекватных моделей, чтобы не изобретать без надобности велосипед. Но конкретный выбор конкретного закона (или его установление) для решения конкретной задачи – индивидуально-личностное дело каждого исследователя. Так, при решении описанной выше задачи из области роста кристаллов был выбран уже разработанный модельный подход [1]. Но мы могли пойти и по другим направлениям развития таких подходов – как уже существующим, так и подлежащим созданию заново. Просто это был наш выбор, осознанный, но осознанный на основе чрезвычайно многофакторного анализа ситуации, который, чаще всего, не может быть адекватно и, тем более, однозначно, описан. Следовательно, и научить этому выбору нельзя. Попытка такого обучения может отвратить исследователей (тем более – будущих) от установления собственных законов в случае необходимости решения оригинальных задач. В таком случае исследователи будут пользоваться исключительно готовыми чужими моделями, не порождая нового научного знания [6, С. 141].

Еще один важный шаг решения задачи – нахождение (не поиск, а нахождение!) средств, методов, возможностей, не включенных изначально в условие задачи, но совершенно необходимых при реализации выбранного для решения закона. Или для его установления и последующей реализации. Вот здесь, в этом шаге исследовательской деятельности, и разворачивается научная работа в полный рост. Здесь и не пахнет наукой – сплошные опыт, интуиция, пробы и ошибки. Великие экспериментаторы уровня Петра Леонидовича Капицы и Роберта Вильямса Вуда вовсе ничего не открывали и ничем не озарялись. Просто в каждом из исследований у них была цель, к которой они шли буквально напролом, не выбирая средств, а порождая их на ходу по мере необходимости. Так, Петру Леонидовичу Капице для экспериментального исследования свойств жидкого гелия понадобились тончайшие кварцевые нити, которые оказалось невозможным получить обычным стеклодувным способом – растягиванием до необходимой толщины капли расплавленного кварцевого стекла. И тогда он взял длинную деревянную линейку и сделал из нее лук. Оплавил в пламени горелки конец палочки из кварцевого стекла до получения жидкой капли, вышел в институтский коридор, где, по счастью, никого не было, и выстрелил из лука этой палочкой как стрелой. И получил такие кварцевые нити, какие были ему нужны. И столько, сколько ему было нужно. Где здесь наука? Скорее всего, это вообще делалось на уровне практического мышления [4], результаты которого сразу реализуются в практической деятельности, минуя стадию осознания и осмысления. Можно ли этому научить? Конечно же, нельзя. Во-первых, в рамках практического мышления обучение невозможно или, по крайней мере, чрезвычайно затруднительно (хотя об этом постоянно забывает современная педагогика). Во-вторых, это все было с П. Л. Капицей. А нам в нашем следующем эксперименте понадобится что-нибудь другое. И лук с кварцевой палочкой уже не помогут. Хотя на складе инструментов научного исследования (в данном случае – физического) есть полка, занесенная в каталог, на которой лежит этот способ получения кварцевых нитей. На все мыслимые и, главное, немыслимые случаи обучения не напасешься. Самим надо думать. Не о науке, а о том, как ее делать. То есть о научной работе. В которой необходимо уметь пользоваться справочниками и каталогами. Этому пользованию можно научить на уровне обучения поиску по ключевым словам. Но это – не наука.

В описанной выше работе над изучением процесса роста кристаллов принимал участие сотрудник, без которого многого не удалось бы сделать – Олег Павлович Шепатковский. Физик по образованию, он понимал обсуждаемые модели, но сам не предлагал. Понимал математические выводы, но сам не написал ни одного математического выражения. Его критические замечания в этих областях были, чаще всего, полезны. Но в том, что касалось приготовления образцов для исследований, ему не было равных. Глубоко понимая сущность проводимых исследований, Олег Павлович, в частности, разрабатывал и изготавливал станки и устройства – отрезные, шлифовальные, полировальные. Механические, электроэрозионные, ультразвуковые, электрохимические. Станки не только обеспечивали нужды наших лабораторий, но и сериями расходились по стране, принося славу, связи и деньги. Это научная работа? Несомненно, да! И человек, занимавшийся ею – блестящий научный работник. Это наука? Несомненно, нет! И трансляция умений принимать гениальные решения в процессе организации и проведения научной работы принципиально невозможна. Нахождение недостающего для решения исследовательской задачи, как основы построения науки, остается и всегда будет оставаться уникальным, прецедентным проявлением индивидуально-личностной особенности конкретного человека, занимающегося научной работой. Однако сборник таких прецедентов должен существовать, и научные работники должны уметь им пользоваться. Этому пользованию, как уже выше было сказано, можно научить. Но это – не наука.

И еще один аспект научной работы, без которого построение науки невозможно, но который заведомо наукой не является. Это собственно процесс сборки результатов научной работы через их систематизацию – в научное знание, то есть в науку. Сюда относятся, в частности, руководство научными исследованиями – с одной стороны, и управление научной работой – с другой. Руководство научными исследованиями предполагает глубокое научное понимание происходящего в данной области действительности. Постановка задачи исследования, планирование ее решения, обработка и систематизация результатов, представление мировому сообществу научного результата – это организация науки. Эта организация должна быть жестко стандартизирована на цивилизационном уровне. Кадровое, финансовое и материальное обеспечение выполнения поставленной задачи, контроль хода процесса этого выполнения, отчетность по результатам контроля – это организация научной работы. Данный вид деятельности не требует глубокого научного понимания, однако в нем необходимы четкая исполнительская структура и обеспечение взаимодействия с другими ветвями и направлениями деятельности (не обязательно научной).

Организация науки регулируется потребностью общества в научном знании и осуществляется научными работниками, способными к порождению нового научного знания. Как правило, это – люди, которые ориентированы именно на получение научного результата, достигающие или уже достигшие успеха в решении хотя бы одной из научных задач. И пожизненно остаются ориентированными подобным образом. Именно таковы были те, кто вошел в нашу память и наши представления как великие научные работники. Архимед, Грегор Иоганн Мендель, Исаак Ньютон, Дмитрий Иванович Менделеев, Николай Иванович Вавилов, Александр Михайлович Прохоров… Эти люди порой окутаны флером чудачества, удаленности от «практической» жизни. Они жили и умирали ради получения научного результата и хорошо понимали, что не имеет значения – будет ли написана их фамилия на коробке, лежащей на складе науки. Мы изучаем их результаты, чтобы понять, что же такое наука и как она устроена.

Организация научной работы регулируется заинтересованностью общества в практическом приложении научного знания к удовлетворению его материальных, интеллектуальных и эмоциональных потребностей. Организаторами и управленцами в этой сфере деятельности на верхних уровнях общественных и государственных интересов становятся, как правило, люди, отличающиеся волевыми качествами в сочетании с амбициями. Выдающимися примерами таких деятелей в области организации научной работы были руководитель Манхэттенского проекта генерал Лесли Гровс и руководитель советской ядерной программы того же времени Лаврентий Павлович Берия. Их трудно заподозрить в научном понимании сущности физических явлений, однако реакторы и бомбы были сделаны!

Современное управление научной работой чаще лежит на биссектрисе угла, образованного этими двумя направлениями (организации науки и организации научной работы). Люди, тщеславно ожидавшие от себя великих научных свершений (чего не делают выдающиеся научные работники – они-то просто работают) и разочаровавшиеся ввиду непопадания в галерею портретов на стенах школьных учебных кабинетов, вполне осознанно уходят в управление научной работой. Там они могут потешить себя, в частности, близостью к этой самой «большой» науке. Именно эта категория людей не понимает, что «большой» и «малой» науки не бывает – наука либо есть, либо ее нет. Не следует забывать отношение к работам Альберта Эйнштейна в начале прошлого века – надо же ведь, какой ерундой занимался: то броуновским движением, то какими-то никому не нужными квантами, а то – вообще (прости, Господи!) относительностью, которая годилась разве что для анекдотов. В общем, «малой» наукой занимался Альберт Эйнштейн. И что из этого получилось? Шагу не может шагнуть без его результатов современная физика, да и не только физика. Но вернемся к «несостоявшимся большим ученым», как бы глупо этот термин ни звучал. Они в состоянии понимать научную сущность получаемых в данной области исследовательской деятельности результатов. Они в состоянии распределять потоки необходимых средств проведения научной работы. Они не могут породить принципиально нового научного знания в области своей декларируемой специальности, но зато теперь, приступив к руководству научной работой, они могут совершенно честно страдать от того, что чрезвычайная загруженность (и это – правда!), и только она не оставляет времени для научного подвига, который мог бы обессмертить их имена. Материальную удовлетворенность руководящая деятельность обеспечивает. Поэтому такие руководители вполне честно и бескорыстно страдают от недоступности занятия собственной научной работой ввиду чрезвычайной загруженности управленческими заботами. Как правило, такие управленцы добросовестно отрабатывают взятые на себя обязательства и потому заслуживают уважения как к их высокой научной и управленческой квалификации, так и к искренности высоких намерений. Такие люди нужны научной работе и, следовательно, в конечном итоге, науке. Они обучены науке, они знакомы с научной работой, которой обучить нельзя (можно только ознакомить с прецедентами). Без них современная наука, требующая колоссальных кадровых, финансовых и материальных вложений, а также организационных усилий, просто не может существовать и развиваться.

Научные работники Михаил Борисович Пиотровский в его деятельности на посту директора Эрмитажа и Александр Михайлович Прохоров в его деятельности на посту президента Академии наук – организаторы науки. Выдающихся организаторов не науки, но научной работы, вышедших из среды научных работников уровня докторов наук, поименно называть неэтично. Они вполне заслужили доброй памяти как люди, внесшие вклад в науку – и пусть остаются таковыми. Но надо понимать, что за ними нет результатов, которым можно научить. В пределе – нельзя научить человека любой квалификации быть Лаврентием Павловичем Берия или Лесли Гровсом.

И уж подавно научной работой является неустанная проверка научных результатов, тех, которые надежно упакованы и лежат на складе науки. Речь идет, в частности, о границах применимости научных моделей явлений и, следовательно, о границах их непоколебимой адекватности. Кропотливая научная работа в том смысле, о котором мы так подробно говорили выше, позволяет выявить эти границы для того, чтобы наука могла шагнуть за них дальше, расширяя и углубляя наши представления о мире. Выявить – это научная работа, осознать и шагнуть вперед – наука. Честь одного и честь другого – равновелики. Но первое – это искусство умения, терпения и настойчивости, чему научить нельзя. Второе – проявление понимания, и научить ему можно.

2.3. Разделяй и властвуй

Итак, наука и научная работа – принципиально разные феномены. Но неразрывно объединенные научно-познавательной деятельностью человека. Проблема заключается в том, что общество на уровне коллективного бессознательного [10] «догадывается» насчет необходимости научности представлений о мире для своего выживания, то есть именно такие представления являются жизненно важными архетипами. Однако эти две грани неразрывного единства противоположны в сущности своей. Одна из них, наука, является результатом коллективной познавательной деятельности человечества. Поэтому она отличается надежностью, обобщенным характером понимания сущности наблюдаемых явлений, общедоступностью и принципиальной возможностью взаимопонимания людей в описании этих явлений. Последнее, в свою очередь, делает возможной трансляцию научных знаний, то есть, в конечном счете, науки в целом.

В отличие от этого научная работа, как было показано выше, является сугубо индивидуально-личностной формой деятельности. К тому же в отдельных своих аспектах – не всегда познавательной. Несомненно, опыт научной работы чрезвычайно ценен, но он в большинстве случаев связан с исследованием лишь конкретных явлений. Требуется репродуктивное ознакомление с большим объемом прецедентов или с большим числом деталей конкретного прецедента научной работы для того, чтобы соответствующий ее прием сам стал элементом научного знания.

Примерами в физике могут служить описания исследований Шарля Огюстена Кулона и Генри Кавендиша. Для измерения зарядов взаимодействующих тел Кулону пришлось сделать множество совершенно одинаковых сферических тел из сердцевины побегов бузины. Одинаковых – это значит заведомо имеющих одинаковые электрические свойства. Современному исследователю страшно даже подумать о потребовавшемся для этого адском труде методами того времени. Казалось бы, результаты этого труда были нужны только для исследования электростатического взаимодействия тел. Однако аналогичную работу пришлось, в частности, проделать Кавендишу с металлическими сферами при исследовании явления гравитации. Только здесь речь шла о гравитационных свойствах тел. На первый взгляд, эти фрагменты научной работы представляются разрозненными и чисто технологическими. Но, в сочетании с прецедентами других подобных опытов, они приводят к научному пониманию процедуры введения в физике меры определенного свойства тела через проявление этого свойства во взаимодействиях совершенно одинаковых тел.

В 1784 году Кулон использовал крутильные весы при исследовании электростатического взаимодействия тел для того, чтобы исключить в этом исследовании влияние притяжения тел Землей. Неясно, не сделал ли это раньше Кавендиш. Но вот в 1798 году уж точно Кавендиш воспользовался такими весами для измерения средней плотности Земли. И теперь крутильные весы прочно вошли в арсенал экспериментальной физики. Науке безразлично, при помощи каких весов получен удовлетворяющий ее требованиям результат. Но найденное в результате научной работы удачное аппаратурное решение привело к созданию достаточно универсального прибора, который может быть использован в широком круге физических экспериментов. Например, при исследовании Петром Леонидовичем Капицей сверхтекучести жидкого гелия [3].

Таким образом, результаты собственно научной работы, будучи освоенными и систематизированными, становятся устойчивой составляющей инструментария научного подхода к исследованию явлений. Это, как ни парадоксально, создает принципиальную возможность в цивилизационно необходимой трансляции такого подхода выделять из нетранслируемого множества прецедентов научной работы инструментально оформившиеся философские и аппаратурные методы, ставшие неотъемлемой частью научно-познавательной деятельности, обеспечивающие обоснование смысла и надежности транслируемых научных результатов. И потому являющиеся частью научного знания, частью науки.

Но в таком случае передача деталей указанных методов должна быть строгой и достоверной, иначе репродуктивно транслируемые научные результаты будут восприниматься как необоснованные и потому не подлежащие присвоению и усвоению. Негативным примером могут служить нелепые иллюстрации экспериментов в современных школьных учебниках физики.

Соотношение науки и научной работы может быть проиллюстрировано следующей схемой.

Рис. 2.1. Схема, иллюстрирующая взаимосвязь науки и научной работы

Итак, подведем итоги.

1. Научное знание отчуждено от своих создателей, неэмоционально и безлико. Именно поэтому возможна его трансляция, порождающая однозначное взаимопонимание субъектов познавательной деятельности и возможность практического приложения научного знания к реализации социально значимых процессов.

2. Научная работа является глубоко индивидуально-личностной и потому принципиально субъективно окрашенной формой познавательной деятельности. В связи с этим ее сущность и детали, в том числе – мотивационный аспект, не могут быть переданы в процессе обучения. Более того, такие попытки могут привести к психологическому блокированию у обучающихся инициативных и творческих подходов к научной работе.

3. Разработанные в процессе научно-познавательной деятельности, инструментально оформившиеся в результате научного обобщения прецедентов философские и аппаратурные методы, приемы и способы могут сами стать элементами научного знания и, соответственно, предметами изучения и обучения.

4. Обобщенная человечеством вплоть до отчуждения от человеческого и, тем более, от конкретных проявлений конкретного человека наука с ее научными результатами и глубоко человеческая и человечная научная работа совершенно равноценны и равнопочетны в деятельностных проявлениях. Они неразрывно связаны, и эта связь может быть реализована в деятельности как одного человека, так и разных людей, в том числе – их групп.

Возвращение обществу физики как элемента общечеловеческой культуры возможно только путем трансляции этому обществу ее научной сущности. Ввиду принципиальной простоты физических моделей именно физика в системе образования и вообще в представлениях людей является важнейшим носителем структуры научного мышления и научно-познавательной деятельности. Поэтому, рассмотрев далее природу и содержание этой структуры, мы перейдем к рассмотрению ее реализации именно в физике.