Патологическая наука01.06.2018 08:18

В темной-темной комнате сидят двое ученых. Один крутит черный-черный потенциометр, второй внимательно смотрит в темную-темную катодную трубку. Страшно? На самом деле — да. Потому что происходящее — это самая настоящая

В наше время непрерывных потоков информации, развития науки и ее популяризации, с увлечением социальными сетями и различными медиаплатформами как никогда стоит вопрос о качестве этой самой информации. Помимо вирусности распространения настоящим бичом соцсетей становится моментальное нахождение и сплочение единомышленников вокруг практически любой идеи — как радикально политически окрашенной, так и совершенно абсурдной. Если даже сторонников идей вроде плоской Земли набирается критическая масса, чтобы их количество и уверенность в себе позволяли им самоподдерживаться и психологически сопротивляться даже простейшим и железным логическим доводам, что же говорить о более сложных темах, требующих специальных знаний? Конечно, это касается массового сознания. Специалистов подобные вещи практически не затрагивают, потому что образование позволяет им отличить факты от лженауки и медиа-мифов.
Но гораздо более коварным по сравнению со лженаукой является случай, когда профессионал в области науки по каким-то причинам одурачивает сам себя. То ли гоняясь за сенсационным открытием, то ли окрыленный результатами и не желающий сдаваться, ученый становится невидимым вредоносным элементом внутри научного сообщества. Он гордится своими результатами, он публикует их, он вызывает дискуссии. И даже находит сторонников своему открытию, которого на самом деле нет. Феномену, который он выдумал незаметно для себя, в самом процессе своих исследований, даже не имея умысла на подлог.

Происхождение термина

Американский химик Ирвинг Лэнгмюр известен как первооткрыватель уравнения изотермы адсорбции и лауреат Нобелевской премии 1932 года по химии за свои работы в области поверхностных явлений. Даже будучи популяризатором науки, он никогда не публиковал своих исследований такого явления, как науки патологической. Более тридцати лет проработав в лабораториях компании General Electric (а в год получения Нобелевской премии он стал ее директором), он, будучи в уже преклонном возрасте, изложил свои взгляды в достаточно узком кругу специализированной публики — на коллоквиуме в Knolls Research Laboratory 18 декабря 1953 года.

Ирвинг Лэнгмюр

Термин «патологическая наука» мог так и остаться в одних лишь воспоминаниях немногочисленных свидетелей как рассказ о нескольких научных курьезах. Была сделана запись доклада на аудиопленку, впоследствии утраченная. И только после смерти Лэнгмюра, при разборе его бумаг в Библиотеке Конгресса США, была найдена долгоиграющая пластинка с копией той пленки. Эта запись, в свою очередь, была стенографирована Р.Н. Холлом и выпущена General Electric Laboratories под каталожным номером No. 68-C-035 в апреле 1968 года. Впоследствии данная стенограмма с приложенным иллюстративным материалом была отсканирована, и теперь, после такого долгого пути, доступна в Интернете.
Лэнгмюр приводит разбор кейсов, вызывавших смех в аудитории даже во время его выступления, всего пару-тройку десятилетий спустя описанных им опытов. Но выводы из своего наблюдения он делает самые серьезные — еще бы, ведь если научное сообщество только что могло быть настолько незрелым, что его одурачивали просто некорректной постановкой экспериментов — это повод серьезно задуматься, систематизировать подобные случаи и предотвратить их появление.
С полным текстом выступления Лэнгмюра в оригинале можно ознакомиться здесь. При желании читателей я могу перевести стенограмму целиком, отдельным постом. Здесь же я перескажу суть описываемых им примеров и сделанные им важные выводы.

Эффект Дэвиса-Барнса

В 1929 году профессором Колумбийского университета США Бергеном Дэвисом был обнаружен интересный эффект. Краткая идея эксперимента заключалась в следующем.

Установка Дэвиса. Источник

Имеется альфа-активный материал (небезызвестный полоний), из которого получают поток альфа-частиц. Их можно пустить по вакуумной трубке (из точки S на рисунке). Поток альфа-частиц летит строго прямо, но если включить рядом магнитное поле, то под его действием альфа-частицы отклонятся на известную величину. Тогда без поля лучи будут приходить в конец трубки (Y), а при наложении поля — в боковой отросток (Z).
Теперь параллельно радиоактивному потоку частиц запустим поток электронов. Установим в трубке катод (F) с отверстием в центре. Он будет излучателем электронов, а радиация пойдет дальше через отверстие. Идея заключается в том, что теперь параллельно друг другу идут два потока частиц: тяжелые альфа-частицы с зарядом 2+ и электроны с зарядом -. По идее исследователей, частицы должны были «рекомбинировать» (грубо говоря, слиться), образовав поток измененных альфа-частиц с одним положительным зарядом вместо двух. Но пункт назначения Z был точно рассчитан, исходя из скорости альфа-частиц и величины их заряда. Значит, «однозарядные» альфа-частицы должны были отклоняться под действием магнитного поля слабее, не попадая в Y- и Z-концы трубки. Остается только вмонтировать в трубку на ее Y- и Z- концах фосфоресцирующий материал (Дэвис использовал матрицы из сульфида цинка), и можно подсчитывать вручную вспышки от каждой прилетающей в экран альфа-частицы.
Напомню идею: обычные альфа-частицы под действием магнитного поля должны были попадать в экран Z, а «однозарядные», поглотившие электрон от катода — пролетать мимо. Но Дэвис и его коллега Барнс сделали поразительное, с их точки зрения, открытие. Чтобы изменять скорость потока электронов, они прикладывали к катоду различное напряжение. И энергии, на которых они наблюдали выраженный захват электронов альфа-частицами, точно совпадали с энергиями орбит в модели атома Бора! Таких уровней было открыто несколько, в диапазоне соответствовавших напряжений катода от 300 до 1000 вольт. При этом каждый пик поглощения лежал в очень узкой области, порядка 0,01 вольт.
Это сейчас мы с вами знаем, что боровская модель атома неполна и верна только для так называемых водородоподобных ядер. Но тогда данные Дэвиса и Барнса стали предметом дискуссии, более того, ученые сами пригласили Лэнгмюра засвидетельствовать их эксперимент!
Лэнгмюр отозвался на предложение, и со своим коллегой доктором Уитни приехал к Дэвису в его лабораторию в Колумбийском университете, в Нью-Йорк. В темной комнате коллега Дэвиса Барнс продемонстрировал свои опыты с установкой, подсчитывая в темноте вспышки на фосфоресцирующем экране. В ходе опытов Лэнгмюр высказывал свои сомнения Барнсу: во-первых, при каком уровне накала катода начинает проявляться эффект, и зависит ли он вообще от плотности потока электронов? Во-вторых, как выходит, что даже при низких потоках электронов такого короткого совместного полета хватает на рекомбинацию с альфа-частицами? И получил немедленные ответы: эффект не зависит от потока электронов, они будут захватываться даже если катод будет комнатной температуры. Все равно, согласно уравнению Ричардсона, катодом будут испускаться электроны. Ну, а что до малого времени полета частиц параллельно, то электрон — это ведь волна, а значит, может теоретически существовать в любом месте трубки и всегда находит, с кем рекомбинировать. Все же, было достаточно странно, что в любых условиях рекомбинация всегда составляла около 80%, вне зависимости от мощности потока электронов.
Лэнгмюр в деталях описывает все недочеты проделанных опытов. В первую очередь, никто не удосужился нормировать наблюдаемые вспышки света на время. Лэнгмюр с секундомером засек, что Барнс наблюдал вспышки от 70 до 110 секунд, утверждая, что всегда считает по две минуты. Да и само понятие вспышек было неоднозначным — Лэнгмюр заметил, что в микроскоп, направленный на сульфидно-цинковый экран, видны не только «прямые попадания» альфа-частиц, но и паразитные боковые вспышки за пределом поля зрения. Лэнгмюр и Уитни игнорировали эти засветы, попробовав считать вспышки самостоятельно, в то время как Барнс, похоже, учитывал их в эксперименте. Далее, было сомнительно, как Халл, ассистент Барнса, умудрялся задавать точно необходимое напряжение. Он крутил ручку потенциометра, градуированного от 0 до 1000 В, и устанавливал там аж сотые доли вольта. Кроме того, в какой-то момент Барнсу не понравился один из экспериментов, где они не нашли пик, ранее обнаруженный ими на 325,01 вольта. 325,02 вольта тоже не дали нужный результат. Поэтому Халл выставил значение в 325,015(!) вольт.
Наблюдая за ним, Лэнгмюр понял одну вещь. Хотя все дело происходило в затемненной комнате, чтобы никакой посторонний свет не мешал считать вспышки в микроскопе, шкала потенциометра перед Халлом была освещена. В контрольных сериях экспериментов напряжение не прикладывалось, и Халл не трогал ручку потенциометра, просто откинувшись в кресле. Это мог видеть Барнс, а значит, эксперимент не был слепым в самом прямом смысле слова. Далее в дело вступил Лэнгмюр. Поначалу он незаметно попросил Халла «съехать» с искомого напряжения на десятую долю вольта, затем на вольт. Затем даже в контрольных сериях делать вид, что он регулирует какое-то напряжение ручкой прибора. В результате, когда набралась серия измерений, в которых верные и ошибочные данные разделились поровну (нулевая гипотеза), Лэнгмюр заявил Барнсу, что тот на самом деле ничего не измерял. Ни сегодня, ни до этого.
Барнс немедленно ответил, что вакуумная трубка просто оказалась загазована. А на вопрос, разве это не та установка, на которой получал свои данные Дэвис, возразил: это так, но ведь мы всегда проводили опытное и контрольное измерение, с напряжением и без. Дэвис, в отличие от Барнса, не давал моментальных объяснений, а просто был потрясен и не мог поверить в происходящее. Лэнгмюр написал 22-х страничную статью с разбором эксперимента Дэвиса и Барнса, и их опыты перестали воспроизводить и цитировать.

Видимые и невидимые лучи

Следующий приводимый Лэнгмюром пример в некотором роде похож на предыдущий. В 1903 известный французский ученый Проспер-Рене Блондло, член Академии наук, экспериментировал с рентгеновскими источниками.

По его данным, если рентгеновский источник (нагретую платиновую проволоку или лампу Нернста) поместить в железную капсулу, закрытую с одного конца толстым слоем алюминия, то получается поток лучей. Он назвал их N-лучами. Особенностью их наблюдения было то, что они проявлялись на слабо освещенных объектах. Блондло утверждал, что необходимо сидеть в темноте и смотреть на слабо освещенный объект, например, на фосфоресцирующий экран или лист бумаги. При этом ни в коем случае нельзя смотреть на сам источник. Тогда, при должной тренировке, становится возможным увидеть N-лучи, падающие на экран. Исследования Блондло ширились, он обнаружил свойство N-лучей запасаться в материалах, например, напитывал ими кирпич, а затем смотрел на N-лучи, испускаемые кирпичом. При этом он не мог принести в лабораторию сразу центнер кирпичей и изучать более яркие N-лучи, поскольку их интенсивность оставалась неизменной и требовала темной комнаты и «развитого навыка наблюдения».
В случае с Блондло независимым наблюдателем стал заинтересовавшийся его экспериментами Р.У. Вуд. Вуд присутствовал на новых экспериментах Блондло, который решил подробнее изучить оптические свойства своих лучей. Поскольку алюминий был для них проницаем, Блондло пошел еще дальше, изготовив алюминиевую призму (!) и начав скрупулезно изучать углы преломления N-лучей. Наблюдавший за этим Вуд самым бесцеремонным образом опроверг все эксперименты Блондло: воспользовавшись столь необходимой в лаборатории темнотой, он попросту спрятал алюминиевую призму к себе в карман.
Второй описанный на коллоквиуме Лэнгмюра случай патологической науки с лучистой энергией очень слабой интенсивности относится к России. Биолог Александр Гурвич в 1920-х годах описал биофотоны — сверхслабое ультрафиолетовое излучение, испускаемое корнями растений. Он описывал, как корни от лука, посаженного рядом с другим, отклоняются к первому растению. При этом эффекта не наблюдается, если между растениями есть кварцевая пластина, а обычное стекло, пропускающее биофотоны, вызывает описанный эффект. Гурвич назвал эти лучи «митогенетическими», и, по словам Лэнгмюра, в то время было множество публикаций на эту тему. Следует отметить, что в наше время существование испускаемых растениями малых доз фотонов не оспаривается. Ведутся лишь дискуссии об их природе, как о какой-то из разновидностей хемолюминесценции, но точно не об их способности стимулировать рост и развитие растений.
Еще один феномен, на который обратил внимание Лэнгмюр в своем выступлении — это так называемый эффект Эллисона. Фред Эллисон в ходе своих экспериментов в 1927 году открыл ни больше ни меньше, чем два новых химических элемента, названных им алабамин и вирджиний, а также ряд изотопов. Его исследования тоже вызывали бурную научную дискуссию, и, по словам Лэнгмюра, эффекту Эллисона были посвящены в свое время сотни научных публикаций.
В отличие от мнимых лучей или совершенно произвольно подсчитанных вспышек света, установка Эллисона была сколь сложна, настолько же и логична. В ней опять использовалась вспышка света, на этот раз от электрической искры, и внешнее магнитное поле. Свет от вспышки проходил через поляризатор (призму Николя), а затем — через раствор какого-либо вещества, помещенного в электромагнитную катушку. Магнитное поле поворачивало плоскость поляризованного света в жидкости (эффект Фарадея), и на выходе можно было наблюдать интенсивность света (совпадение или несовпадение плоскости поляризации). Идея была в том, чтобы, возбуждая искру и катушку магнитного поля от одного источника, измерять время релаксации в растворе — как долго сохраняется поворот плоскости поляризации. Внося в электрическую схему компенсирующее запаздывание (разбирающимся в авто будет наглядной аналогия с углом опережения зажигания), можно было измерять время релаксации с удивительной точностью — до 300 пс.
Оказалось, что у многих веществ есть свое характеристическое время запаздывания, более того, сложные соединения демонстрировали свойство аддитивности. Сигнал от этилацетата был суммой сигналов от этанола и уксусной кислоты. Эффект стабильно проявлялся начиная с концентраций в 10 нмоль и не зависел от дальнейшего повышения концентрации, то есть, вещества могло быть очень мало, но оно при этом хорошо регистрировалось. Эллисон с успехом детектировал существующие соединения и открывал своим методом новые элементы и изотопы. Глава химического факультета Калифорнийского университета Венделл Латимер использовал метод Эллисона и обнаружил изотоп трития. По словам Лэнгмюра, он встречался с Латимером спустя несколько лет после его небольшой публикации о тритии. Тот рассказал, что странным образом после этой работы он больше не смог повторить собственных результатов методом Эллисона, хотя был абсолютно уверен в том, что делал, контролировал и перепроверял себя. В то же время Американское Химическое общество после оживленных дискуссий все же отказалось больше принимать к публикации какие-либо статьи по этому методу. Было сделано исключение для одной, всего одной работы –, но в ней авторы передали самому Эллисону два или три десятка растворов, зашифровав образцы и строго не раскрывая их состава. Тот определил их все безошибочно, даже несмотря на микромолярные концентрации некоторых из них.
Так что же это было? Сам Лэнгмюр открыто оставляет этот вопрос слушателям своего доклада, не обсуждая природу происхождения эффектов, которые затуманили разум своим первооткрывателям. Помимо то ли работавшего, то ли ненаучного эффекта Эллисона он указывает на то, что в случае Барнса и Дэвиса не было подлога, в самом начале Барнс просто принес Дэвису свои наблюдения, а уже тот после вычислений вдруг обнаружил их совпадение с боровской теорией атома. Но, несмотря на неопределенность в самих причинах возникновения патологической науки, Лэнгмюр делает акцент на характерных особенностях экспериментов, из которых выводятся основные

Признаки патологической науки

Максимальный наблюдаемый эффект вызывается неким феноменом очень малой интенсивности, при этом усиление его интенсивности не дает увеличения эффекта. Это оказывается верным для всех приведенных примеров. У Дэвиса и Барнса всегда рекомбинировало 80% альфа-частиц, Блондло не мог построить прожектор N-лучей, простое облучение ультрафиолетовой лампой растущего лука не давало «митогенетического» эффекта, а Эллисону было все равно, один моль или один микромоль вещества в колбе — на релаксацию поляризованного света это не влияло.
Значение эффекта находится на границе восприятия или требует многочисленных повторов для статистической достоверности. Как для достижения нужного количества изогнутых в сторону друг друга луковичных корней, так и для получения нужного числа вспышек от альфа-частиц исследователи проводили новые и новые опыты. Погнавшись за неким фантомом, ученые уже не отступали, пока по абсолютному количеству не набиралось достаточное число свидетельств «в пользу» наблюдаемого эффекта.
Заявления о чрезвычайной точности. Вуд спрашивал у Блондло, как он измеряет преломление пучка толщиной в 2 мм сотыми долями милиметра точно так же, как и Лэнгмюр посмеивался над Дэвисом и Барнсом, регулировавшими 0,01 вольт ручкой киловольтного потенциометра. Явления чрезвычайно малой интенсивности требуют чрезмерно точных измерений эффекта, который, правда, согласно пункту 1 не меняется по величине.
Фантастические объяснения, идущие вразрез с экспериментом. Блондло утверждал, что не стоит ждать от N-лучей поведения по законам классической физики, поскольку принципы, по которым они распространяются, явно другие. Источником N-лучей являлись многие предметы — кирпичи, даже люди. Да и объяснение Барнса о волновых свойствах электрона, благодаря чему он всегда оказывается в нужном месте вакуумной трубки и рекомбинирует, выглядит сомнительно.
Все несоответствия разрешаются разными обстоятельствами и объяснениями, выдаваемыми с ходу. У Барнса был готов немедленный ответ на все замечания Лэнгмюра: трубка загазована, электроны обладают волновыми свойствами, катод даже при комнатной температуре испускает электроны, матрица дает засвет от радиоактивного загрязнения.
Соотношение последователей и критиков поначалу составляет примерно 50/50, затем первые постепенно исчезают. Пока критики не разбивают теорию окончательно, в научной среде активно обсуждается новый феномен и публикуется множество работ. Но впоследствии интерес, публикации и заявления об успехе от последователей куда-то исчезают, и спустя пару десятилетий даже в кругу специалистов Лэнгмюру приходится специально уточнять, что было время, когда интерес к некоему необычному методу был очень велик.

А что потом?

Прошло больше полувека спустя того важного, но мало кем замеченного коллоквиума Лэнгмюра. Пригодился ли его анализ? Знает ли история еще примеры исследований, попадающих под признаки патологической науки? Можно уверенно утверждать, что да.
В 1962 году советским химиком Николаем Федякиным, а после этого, в отдельных экспериментах — членом-корреспондентом АН СССР Борисом Дерягиным была открыта новая форма воды. В результате длительных экспериментов с водой в длинных тонких капиллярах в водной среде возникала еще одна фаза, названная поливодой. Свойства этой воды впечатляли: повышалась плотность, резко возрастала температура кипения с одновременным падением температуры замерзания. Необычные свойства поражали воображение, и, хотя поливоду не всегда удавалось получить, а капилляры с диаметром 0,1 мм создавали дополнительные сложности в экспериментах, ей занялись всерьез. До конца 60-х годов, впрочем, эта вода оставалась за Железным занавесом ввиду языкового барьера — статьи о поливоде печатались только в русскоязычных рецензируемых журналах.
Впрочем, все, что проникало из-за Железного занавеса, представало не в лучшем свете благодаря все тем же упомянутым в начале медиа. В 1969 году Эллис Липпинкот публикует статью о спектральных свойствах поливоды в Science, что приводит к шквалу публикаций как в рецензируемых, так и в массовых изданиях. Кто-то из ученых с успехом повторяет, а кто-то не может подтвердить данных Дерягина, в лучших традициях равного распределения последователей и скептиков по Лэнгмюру. В обществе, заряженном Холодной войной, возникают мнения о «поливодном отставании» от СССР, по аналогии с «ракетным отставанием» в стратегическом ядерном арсенале, и даже проводятся параллели между новой водой и «льдом-девять» из известного романа Курта Воннегута «Колыбель для кошки» (речь в романе идет о модифицированном льде, который может необратимо превращать в себя всю воду на Земле, с которой контактирует). Тем любопытнее выглядит совпадение, что характер главного героя написанной за шесть лет до этого книги Воннегут списал с… Лэнгмюра! Тот работал с его старшим братом, Бернардом Воннегутом, в General Electric. Бернард, физхимик и исследователь атмосферы, является изобретателем метода принудительного осаждения облаков распылением на них кристаллов йодида серебра. Но это все так, к слову.
На фоне споров насчет природы поливоды все же нашелся человек, выступивший в уже знакомом нам по кейсам из доклада Лэнгмюра амплуа. Американский профессор Денис Руссо сделал ИК-спектрометрическое исследование поливоды и заметил характерные признаки обычных ионов солей. Тогда он сделал довольно циничную вещь: поиграв в гандбол, он собрал свой собственный пот и показал, что его свойства сходны со свойствами поливоды. Спровоцировав очередной поток экспериментов и публикаций, он добился истины: никто больше не смог получить поливоду, она оказалась обычной водой с биологическими и неорганическими примесями, а изменение свойств объяснялось банальными эбулиоскопическими и криоскопическими свойствами примесей. В 1973 году Дерягин опубликовал официальное опровержение своих данных.

Вместо послесловия

Что такое лженаука — известно практически всем. В отличие от нее, патологическая наука гораздо более незаметна, а потому недооценена и не менее опасна. Она является удивительным примером коллективного самообмана, так же легко захватывающего умы специалистов, как и рассыпающегося в одночасье в прах. Но ее основные признаки все-таки довольно специфичны и выдерживают проверку практическим применением.
Поэтому скажите, уважаемые читатели, считаете ли вы в свете вышесказанного и недавно написанного работы по двигателю EMDrive патологической наукой?

П.С.: Также хочу узнать мнение, хотите ли вы полный перевод коллоквиума Лэнгмюра отдельным постом. Спасибо за прочтение.