Решение проблемы во многом зависит от правильности её формулировки. Рассмотрим в качестве примера идею получения энергии путём управляемого термоядерного синтеза лёгких ядер. Полагают, что в результате реакции слияния ядер дейтерия и трития должна выделяться энергия, эквивалентная разнице энергий связи продуктов реакции или, что то же самое, энергия, эквивалентная разнице их масс. Однако энергию, получаемую согласно сформулированному Эйнштейном принципу эквивалентности массы и энергии, уже более 6 десятилетий не удаётся получить в действующем устройстве. Как показано автором, причина в ошибочности самой идеи получения энергии таким способом. Этот вопрос подробно рассмотрен в дальнейшем
Учёные могут ошибаться и тем самым обманывать самих себя и тех, кто им доверяет. Но законы природы не обманешь. Принцип взаимопревращения массы и энергии высмеивал Тесла ещё в 30-е годы ХХ века, когда не было необходимых экспериментальных данных для проверки правильности этого принципа [3]. Такие данные появились ещё в середине ХХ века, но учёные ими не воспользовались. Слепая вера в теорию Эйнштейна, убеждённость в том, что он прав всегда и во всём, – расплата за потерянное время и затраченные средства на создание устройства, которое в понятиях термодинамики представляет собой вечный двигатель [4].
Глава 1. О принципах научного исследования
Гаррингтон Эмерсон
«Правильные принципы в руках посредственных людей
оказываются сильнее случайных и бессистемных попыток гения»
Двенадцать принципов производительности [5].
1.1. Формулировка проблемы
Решение физической проблемы во многом зависит от правильности её формулировки и применяемой методологии. Исторический опыт показывает, что часто решение проблемы ищут там, где его не может быть. Один из ошибочных подходов заключается в том, что физическую проблему формально сводят к математической проблеме, в то время как некоторые факторы, влияющие на конечный результат, не учитываются. В качестве примера приведём проблему аномальных смещений перигелиев планет. Ошибка Эйнштейна и многих других исследователей, занимавшихся этой проблемой до и после него, состояла в том, что причиной эффекта считали недостаточную точность теории Ньютона и не учитывали факторы, не связанные с гравитацией.
Другим источником ошибочного подхода к решаемой проблеме являются гипотезы, которые не имеют достаточно надёжного подтверждения опытом. Получившая признание специалистов ошибочная гипотеза приобретает силу аксиомы и в последующем при появлении трудностей приводит к выдвижению новой гипотезы, её дополняющей. В результате теоретические представления об изучаемом объекте или явлении всё более удаляется от реальности.
В качестве примера можно привести современную космологию. Её исходным положением является утверждение о расширении Вселенной. Оно основано на доплеровской интерпретации красных смещений в спектрах галактик и представлении космического пространства как пустоты. В свете современных знаний о физическом (космическом) вакууме в квантовой теории поля и физике конденсированных сред это положение является устаревшим. По мнению Бриллюэна, современная космология представляет собой странную смесь наблюдений и их интерпретации, когда желаемое выдаётся за действительное и тщательный анализ подменяется фантазированием [6, с. 17]. Тем не менее, теория расширяющейся Вселенной продолжает жить и развиваться.
Ещё одним источником ошибочного подхода являются произвольные определения некоторых ненаблюдаемых величин, которые не соответствуют никаким физическим экспериментам. К ненаблюдаемым величинам относятся: кривизна пространства-времени в ОТО, скорости удаления галактик и расстояния до них в космологии, ядерные силы в теории атомного ядра, виртуальные частицы в квантовой теории поля. Между наблюдаемыми и ненаблюдаемыми величинами часто не делается различия, что приводит к парадоксам и ошибочным представлениям.
В физике для получения новых знаний широко применяется аксиоматический метод. Суть его заключается в том, что в основу теории берутся некоторые исходные положения, из которых впоследствии путём логических построений выводятся новые положения, которые рассматриваются как следствия. Эти исходные положения считаются истинными, если так считает большинство специалистов. Аксиоматические теории иногда представляют собой конгломерат достоверных знаний, проверенных опытом, и дополняющих их гипотез, недостаточно проверенных, но устраняющих трудности и образующих вместе с достоверными знаниями целостную и непротиворечивую картину описания физических процессов. При этом интерпретация наблюдательных данных и результатов экспериментов может зависеть от господствующих представлений. Таким образом, физическая теория нередко представляет собой своего рода соглашение, которого придерживается большинство специалистов.
В природе нет деления на науки. Поэтому решение проблемы в рамках одной научной дисциплины нельзя считать удовлетворительным, если при этом возникают вопросы, остающиеся без ответа в смежных областях. Важным понятием современной физики является физический вакуум. В квантовой теории поля известны вакуумные эффекты, характеризующие физический вакуум как среду, взаимодействующую с частицами и фотонами. Согласно представлениям физики конденсированных сред, вакуум можно рассматривать как квантовую жидкость, по своим свойствам подобную жидкому гелию в сверхтекучем состоянии. Однако в небесной механике и космологии физический вакуум как среда, которая должна взаимодействовать с небесными телами и фотонами, не присутствует. Но физический вакуум един как в микромире, так и в космосе. Поэтому теория вакуума должна быть единой, независимо от существующих представлений о нём в различных науках. Единая и непротиворечивая теория вакуума неизбежно приведёт к обесцениванию некоторых получивших признание теорий и научных достижений, в которых вакуум физический (он же космический) рассматривался как пустота.
Принципиально важным является вопрос о степени доверия к существующим теориям. Такой вопрос ставит, в частности, Бриллюен. Он считает, что ответ должен быть достаточно осторожным. Вот его точка зрения:
«Для всех теорий существуют ограничения, все они „хороши“ до определённой степени и в определённых границах. …Всякая теория основывается на тщательно проведенных экспериментах, однако их результаты могут быть получены только с точностью до возможных ошибок. Всегда существует возможность, что в новом эксперименте возникнет новая непредвиденная причина появления ошибок, или же то, что теория выведена слишком далеко за пределы области её применимости» [6, с.16].
Об изменении теоретических представлений в процессе развития науки говорит и академик Капица:
«Развитие науки заключается в том, что в то время как правильно установленные факты остаются незыблемыми, теории постоянно изменяются, расширяются, совершенствуются и уточняются. В процессе этого развития мы неуклонно приближаемся к истинной картине окружающей нас природы, понимание которой необходимо для того, чтобы всё более полно овладевать и управлять этой природой» [7, с.18].
И, наконец, необходимо учитывать так называемый человеческий фактор, т.е. субъективное отношение учёного к существующим теориям и опытным данным, новым идеям и результатам, а также используемым при этом методам. Для сведения к минимуму влияния субъективных факторов на результат исследования необходимо применять правила формальной логики. В случае проверки соответствия фундаментальной теории опытным данным следует использовать только наблюдаемые величины, надёжно проверенные теории и объективные критерии, выраженные в научных понятиях и числовых характеристиках, используемых, например, в теории вероятностей.