Історія наукових відкриттів і випадковостей, що призвели до них

Хто не знає про «яблуко Ньютона» про лампаду Галілея, про жабу Гальвані? Відомо, що Рентген займався з трубкою Крукса, накритою футляром з чорного картону. На столі випадково опинився лист паперу, покритий платиносинеродистим барієм. Пропустивши струм через трубку, вчений зауважив, що папір яскраво люмінесцує (дослід проходив у затемненій кімнаті). Вчений переконався, що свічення паперу викликають промені, іонізуючі в трубці і проникаючі через чорний картон.

А ось як Лавуазьє прийшов до закону сталості речовини. Вивчаючи розпад цукру при спиртовому бродінні він встановив: вага утвореного спирту і вуглекислоти точно відповідає вазі збродженого цукру. А між тим при цьому бродінні утворюється також цілий ряд побічних продуктів, не помічених вченим. Баланс у нього зійшовся лише завдяки випадковості: помилки, випадковості досліду покрили один одного.

Відкриття або… монета під ногами

Американський вчений А. Ромер пише: «чинимо несправедливо по відношенню до Рентгена, коли наполягаємо на випадковому відкриття. Наукове відкриття — це щось більше, ніж випадкове спостереження, це більше, ніж підняти монетку з тротуару». Інакше кажучи, потрібно володіти великим запасом знань, могутньою силою розуму, обдарованістю, щоб зрозуміти і оцінити «випадок». Рентген помітив те, на що інші дослідники, що займаються подібними ж дослідами, просто не звертали уваги. Наука необхідно вирішує завдання, поставлені самою логікою її розвитку. Але вирішують ці завдання в конкретних обставинах вчені, і кожен з них має свої індивідуальні особливості, тому будь-яке вирішення наукової проблеми стає «очікуваною» випадковістю, що поміщається у форму випадковості.

Що ж було з Рентгеном

Але повернімося до Рентгена. Відкриття Х-променів в той час вже ставало свого роду необхідністю: вивченням катодних променів тоді займалися багато фізиків, а оскільки Х-промені супроводжують катодні променів, то виявлення Х-променів не змусило себе довго чекати. Більш того, вже було відомо, що фотоматеріали вуалюються там, де працюють з круксовою трубкою. Досить було кому-небудь розцінити псування фотопластинок не як випадковий збіг, а як факт, гідний вивчення,— і відкриття відбулося б. До речі, виявлення рентгенівських променів наштовхнуло на ще більш важливе відкриття — відкриття радіоактивності.

У 1896 році Беккерель займався перевіркою гіпотези Пуанкаре (яка виявилася помилковою), який припустив, що випущення рентгенівських променів пов’язане з явищами флуоресценції. Для перевірки він брав фотографічну пластинку, завертав її в два аркуші щільного чорного паперу і разом з покладеною поверх паперу речовиною, здатною флуоресцувати, виставляв на кілька годин на сонці. При прояві пластинки на чорному тлі ставав помітним силует кристалів солі урану.

Похмура погода завадила Беккерелю повторити дослід, і приготована для цього платівка в чорному пакеті разом з розташованими на ній кристалами сірчанокислої солі урану кілька днів перебувала в темній шафі. Коли платівка була виявлена, то виявилося, що вона почорніла набагато сильніше, ніж в першому досліді. Вчений дослідив велику кількість різних хімічних сполук і виявив, що тільки речовини, що містять уран, здатні випускати промені, проникаючі через чорний папір, що покриває фотопластинку, причому більшість цих речовин не володіє здатністю флуоресцувати. Так була відкрита радіоактивність.

І, здавалося, відкриття не відбулося б, якби батько Беккереля, директор Паризького природничого музею, не володів винятково рідкісним препаратом солі урану, яка потрапила в число перших речовин, досліджених Беккерелем. Інший елемент випадковості: незважаючи на тривалу похмуру погоду, Беккерель все ж проявив платівку. Здавалося б, суцільне плетиво випадковостей! Але ні. Випадок, котрий сприяє Беккерелю, був тут лише приводом до відкриття, об’єктивні передумови для якого виникли після відкриття променів Рентгена. Паризька Академія наук за 1895 рік отримала близько 260 наукових праць про всілякі проникаючі промені (правда, велика частина цих відкриттів не підтвердилася). Інакше кажучи, радіоактивність могла б бути відкрита і не фізиками, а, наприклад, метеорологами, що вивчають іонізацію повітря в ураноносних районах.

А може бути все-таки випадок

Протиставлення одних відкриттів, ніби чисто випадкових, іншим, зробленим з необхідністю, виявляється, як правило, неспроможним, іноді навіть всупереч свідченням автора даного відкриття. Часто за випадок приймається елемент раптовості. Наприклад, Прістлі, що відкрив кисень при прожарюванні з допомогою запального скла ртутної окалини, цілком приписує це щасливому випадку.

Насправді відкриття кисню викликалося кризою теорії флогістона. Тому не випадково, що одночасно з Прістлі відкрив кисень і Шеєле. Гальвані теж говорить про випадковість свого відкриття (мова йде про відкриття контактної електрики і явища скорочення м’яза жаби при проходженні через неї струму). Але якщо б він не робив спеціального акценту на випадковості, то ми, що живуть через два століття, враховуючи сучасний Гальвані рівень знання з теорії електрики, вважали б його досліди природним наслідком цих знань.

Академік Вальдек писав: «Майже все велике, що у нас є і в науці і техніці, головним чином знайдено за допомогою випадку». Творчість наукова (і художня) але може представлятися грою примхливих фантазій, і є закономірним проявом особливого причинного зв’язку творчих задумів, рівнем наукового розвитку. Зальдену можна відповісти дотепним висловом психолога С. Грузенберга; «Наївно було б приписувати, наприклад, походження дитини випадковому падінню її матері, що викликала під час її вагітності передчасні пологи». Випадок — не причина, а лише привід до відкриття.

Необхідність і випадковість

«Випадковість так само об’єктивна і має свої причини, як і необхідність. Різниця лише в тому, що необхідність має свої причини в самій сутності даного процесу, а випадковість має свої причини в перехрещенні зовнішніх та внутрішніх для даного процесу обставин».

Цю думку марно підтверджують випадки одночасних відкриттів. Давно вже помічено, що час від часу ідеї, як кажуть, носяться в повітрі. Не багатьом дано їх «вловити». Випадок не ставить перепону відкриттів, але він виключає необхідності їх появи, оскільки сама потреба в тому чи іншому відкритті, винаході дуже часто усвідомлюється одночасно кількома вченими або винахідниками.

Випадок наводить нас на потрібну думку, «тільки коли ця думка для нас не випадкова, коли ми зосереджені на ній і шукаємо її», — говорив один психолог. Тому зовнішній поштовх до відкриття, як дрібний кристал, падаючи на пересичений розчин, миттєво викликає його кристалізацію.

Розглянемо передісторію відкриття Менделєєвим періодичного закону. Закономірність в світі елементів намагалися знайти багато. «Закон октав» Ньюлендса співвідносився з музично-чуттєвим чином, а закономірності де Шанкуртуа, теж з’явилися передоднем до відкриття періодичного закону, співвідносилися з абстрактно-геометричним чином (порівнювалося періодичне повторення властивостей елементів, розташованих за величиною їх атомних ваг з намотуванням спіральної лінії на бічну поверхню циліндра). Менделєєв вдався до складання карток елементів, подумки зв’язавши завдання вироблення загальної системи елементів з розкладанням карткового пасьянсу, яким він любив займатися в хвилини відпочинку.

Той історичний факт, що майже одночасно в різних країнах різні вчені взялися за виконання однієї і тієї ж задачі, причому взялися по-різному, говорить про те, що, по-перше, це завдання необхідно і об’єктивно назріло для розвитку науки, по-друге, що немає суб’єктивних і психологічних обмежень можливих шляхів його вирішення. Поява нових ідей є відповідна реакція на заклик епохи. І якщо цей поклик чує одна людина, то може почути й інша.

Місце випадку в процесі відкриття

Відкриття — це остання, завершальна та головна комбінація ідей. Відкриття Ньютона, наприклад, було підготовлено роботами Галілея, Кеплера. «Відкриття полягають саме у зближенні ідей, — вважає Лаплас,— які здатні до взаємної комбінації, але залишалися поки ізольованими одна від одної».

Англійський фізик Рамзай говорив, що коли природі ставляться розумні питання в певному порядку, шлях науки веде до відкриттів. Тому хронологічний порядок наукових відкриттів якоюсь мірою відповідає логіці розвитку науки.

З розвитком науки роль випадковості у відкритті не зменшується. Але сила випадку зовсім не всеосяжна. Є відкриття, де випадок або свідомо виключений, або зведений до мінімуму. Випадок найбільше діє в так званих «вихідних» відкриттях, наприклад, відкриття Менделєєвим періодичного закону — вихідне відкриття, а відкриття нових елементів з урахуванням закону Менделєєва — похідне; теорія Максвелла з електродинаміки — вихідне, а дослід фізика П. Лебедєва по світловому тиску — похідне. Інакше кажучи, дослід Лебедєва не був випадковим тому, що він знав, що шукає.

Вихідні, першо-основні відкриття ведуть до ланцюгової реакції наступних відкриттів, де роль випадковості необхідно падає, зводиться до мінімуму. Таким чином, випадковість діє переважно там, де йдеться про появу нових розділів знання, абсолютно нових уявлень.

У загальному вигляді випадкове відкриття намічає перші штрихи великої ідеї, а далі вже йде її розробка, поглиблення, логічне розшифрування. Будь-яке відкриття можна «розкласти» на тріаду:
1) гіпотеза, поява ідеї,
2) логічний аналіз гіпотез та ідей, уявна побудова досліду, що підтверджує їх,
3) постановка експерименту.

Різною мірою комбінація випадковостей може проникати у всі ці складові частини відкриття через стихію дії багатьох чинників; привід роботи, широта ерудиції, сила міркування, культура логічного мислення (тобто індивідуальні особливості мислення), обставини виконання роботи. Розглянемо деякі приклади.

Гіпотеза і випадковість

Учні Резерфорда розповідають, що одного разу ввечері після тривалої роботи вчений вийшов з лабораторії прогулятися і, дивлячись на зірки, за аналогією з планетною системою прийшов до гіпотези будови атома (ядро атома — Сонце, електрони — планети). Випадкове читання роботи Мальтуса «Про народонаселення» послужило для Чарльза Дарвіна відправною точкою до ідеї біологічної боротьби видів. Про цей факт повідомляє сам Дарвін у своїй «Автобіографії». Іноді навіть абсурдність вихідної гіпотези призводить до відкриття. Так, середньовічний вчений Бранд, відшукуючи філософський камінь в сечі… відкрив фосфор.

Задум досліду і випадковість

Луї Пастер, прищеплюючи курці холеру і не маючи під рукою свіжої культури, взяв ту, яка простояла вже деякий час. Курка одужала і не померла. Так було вперше відкрито дію ослабленого вірусу.

Експеримент і випадковість

Хімік Фальберг, як розповідають його сучасники, сів за стіл, не помивши руки, і під час обіду відчув солодкуватий присмак. Зацікавившись цим, він виявив серед речовин, викинутих ним після чергового досліду, сахарин. А Флемінг, перебираючи свою колекцію культур різних мікробів, що ростуть в чашках Петрі на поживному бульйоні, випадково звернув увагу на одну чашку, де росли стафілококи. На одній її ділянці утворилася світла пляма цвілі, навколо якої була зона, вільна від стафілококів. Вчений дуже шкодував за втраченою культурою. Але був винагороджений відкриттям пеніциліну.

Передчасні відкриття

Як важливо народитися вченому в свій час? «Припустимо, — пише один відомий біолог, — що на островах Самоа народився хлопчик, геній якого подібний генію Моцарта. Що міг би він зробити? Найбільше — розширити гаму з трьох до чотирьох чи семи тонів і скласти декілька більш складних мелодій, але він не міг би створити симфонії, як Архімед не міг би винайти динамо-машину». Скільки творців зазнало невдачі за браком необхідних умов. Бекон передбачав багато чого з наших великих відкриттів, Кардано і Кубанський — інтегральне та диференціальне числення, Бан-Гельмонт — хімію.

Один французький фотограф, Ньєпс, за 30 років до Беккереля майже при аналогічних обставинах «відкрив явище радіоактивності. Але це не мало жодних наслідків. Ось що означає «відкриття не дозріло»!

Буває і так. Вчений не бачить відкриття, проходить повз нього. Один французький бактеріолог в двадцятих роках минулого століття встановив бактеріостатичну дію деяких видів цвілі. Але він цікавився лише туберкульозними бацилами, а цвіль діяла тільки на інші мікроби. Він залишився до цього байдужим і таким чином «утримався» від відкриття пеніциліну.

У зв’язку з цим постає питання про передчасні відкриття, які впали на непідготовлений грунт і заглохли з часом. Найчастіше до таких відкриттів належать відкриття (насамперед випадкові), що виявляються поза основної лінії розвитку науки, межами можливості їх тлумачення і застосування на даному рівні розвитку науки. Такі відкриття або забуваються, як відкриття Ньєпса, або, як у випадку з Менделем, повертаються в певний час науки. Принаймні, ймовірність їх виникнення майже дорівнює ймовірності їх забуття.

За словами одного вченого, те що випадково знайдено шляхом експерименту і ще не осмислено, не зрозуміле людьми, належить їм лише наполовину. Скільки легенд розповідається про східні бальзами, про міцну і нержавіючу дамаську сталь, довговічні фарби художників Відродження, про залізний стовп в Індії і т. д.! Багато секретів старовини втрачені зараз. Чому ж люди забули ці відкриття? Причина, мабуть, лежить в передчасності їх появи. Випадок дав ці відкриття в руки людині, випадок ж і забрав їх.

З іншого боку, навіть самі божевільні теорії, що межують з фантастикою, можуть бути з часом реалізовані, якщо вони виражені з граничною виразністю і мають хоча б одну вихідну конкретну точку, доступну експериментальній перевірці. Інакше такі теорії будуть перебувати в стані анабіозу віками, незважаючи на їх цінність.

Автор: Р. Глєбов.