125 лет назад Вильгельм Рентген открыл Х-лучи

За открытие лучей, которые свободно проходили через бумагу, картон, дерево, человеческое тело и даже металл умеренной толщины, Рентген в 1901 году был удостоен первой Нобелевской премии по физике, а лучи, получившие его имя, стали неотъемлемой частью нашей жизни. Гораздо меньше известно, что пример открытия Рентгена — один из краеугольных камней в основании современной теории научных революций.

«Рентген почесал затылок…»

История открытия Рентгена описана бесчисленное количество раз учеными и историками науки, писателями и научно-популярными журналистами, блогерами-учеными и неучеными блогерами. История поистине захватывающая, сам Рентген, наверное, читал бы ее с большим интересом.

Вот, например, выдержка из статьи в научном журнале: «8 ноября 1895 года Рентген как обычно работал в своей лаборатории, изучая катодные лучи. Около полуночи он собрался уходить, окинул взглядом лабораторию, погасил свет и заметил в темноте какое-то светящееся пятно. Оказалось, что светился экран из синеродистого бария. …Рентген еще раз посмотрел на катодную трубку и упрекнул себя: оказывается, он забыл ее выключить. Нащупав рубильник, ученый выключил трубку. Исчезло и свечение экрана; включил трубку вновь — и вновь появилось свечение. …Оправившись от минутного изумления, Рентген начал изучать обнаруженное явление… Оказывается полтора—два метра для этих неизвестных лучей не преграда. Они легко проникают через книгу, стекло, станиоль. А когда рука ученого оказалась на пути неизвестных лучей, он увидел на экране силуэт ее костей! Фантастично и жутковато! …Утром обессиленный Рентген ушел домой, чтобы немного передохнуть, а потом вновь начал работать с неизвестными лучами».

Автор статьи — доктор наук, профессор, журнал, где он это публикует, напомню, научный. Блогеры ушли от профессора недалеко: у них «Рентген почесал затылок, проверил оборудование и повторил опыт...». Преувеличения тут нет, любой может убедиться сам, поискав в интернете историю открытия Рентгена. Его открытие действительно эпохальное, и нет ничего удивительного в том, что оно обросло апокрифами. Удивительно другое: искренняя вера ученых и тем более неученого народа в то, что подобные открытия очень часто являются результатом случая или даже цепи случайных событий.

Полез Архимед в переполненную ванну, вода из нее выплеснулась,— и он голый бежит по улицам Сиракуз с криком «Эврика!» и открытым законом гидростатики в голове. А сколько раз он мылся в этой ванной до этого? Он что, воды в нее меньше наливал? Или не обращал внимания на залитый водой пол — раб все одно вытрет. Это опять-таки не ехидство, ведь не кто иной, как сам Луи Пастер был уверен, что «случай содействует хорошо подготовленному интеллекту». Другой весьма авторитетный в современном научном сообществе ученый — Томас Кун, автор общепринятой на сегодня теории революций в науке, называл такие случаи «аномалией в нормальной науке».

Прелюдия к открытию

Вот каким образом, по Куну, аномальность поведения «нормального» ученого Рентгена сыграла роль в его открытии. «Физик Рентген прервал нормальное исследование катодных лучей, поскольку заметил, что экран, покрытый платиносинеродистым барием, на некотором расстоянии от экранирующего устройства светился во время разряда… Ощущение того, что не все идет, как задумано, было лишь прелюдией к открытию. ...Открытие рентгеновских лучей не совершилось бы без дальнейшего процесса экспериментирования и усвоения. Например, в какой момент работы Рентгена можно сказать, что рентгеновские лучи уже открыты?» — вопрошает Кун в своей книге «The Structure of Scientific Revolutions» («Структура научных революций»), одной из наиболее цитируемых научных монографий за всю историю науки, если верить Стенфордскому энциклопедическому словарю.

И до Рентгена в десятках лабораторий по всему миру бок о бок стояли катодные трубки Крукса и экраны, покрытые платиносинеродистыми солями бария или калия. Последние, как минерал плавиковый шпат и урановое стекло (цветное стекло с добавление окиси урана, из которого делали посуду еще в Древнем Риме), обладают способностью к флуоресценции и служили рабочим элементом в обычных для физических лабораторий того времени приборах для изучения явления флуоресценции. Да и само свечение экрана, покрытого платиносинеродистым барием, при подаче напряжения на рядом расположенную трубку Крукса не было уникальной случайностью.

Как потом выяснилось, за несколько лет до Рентгена именно при таких обстоятельствах его наблюдали по меньшей мере трое физиков из Англии, Америки и Германии, но ничего нового в этом не увидели. Только один их этих троих потом публично досадовал. Сколько физиков стыдливо умолчали об упущенном шансе открыть Х-лучи, один бог знает. Кстати, задолго до физиков, еще в 1850-е годы, наведенную излучением флуоресценцию наблюдал изобретатель-самоучка Жозеф Ньепс, автор первых в мире фотографий. Только вместо катодной трубки Крукса (их тогда еще не было) у него рядом лежала радиоактивная соль урана (что с точки зрения физики одно и то же — источник жесткого излучения).

«Дальнейшее исследование (оно заняло семь недель, в течение которых Рентген редко покидал лабораторию) показало, что причиной свечения являются прямые лучи, исходящие от катодно-лучевой трубки, что излучение дает тень, не может быть отклонено с помощью магнита и многое другое. …Момент открытия нельзя было приблизить и в течение последней недели исследования, когда Рентген изучал свойства нового излучения, которое он уже открыл. Мы можем сказать лишь, что рентгеновские лучи были открыты в период между 8 ноября и 28 декабря 1895 года»,— считает Кун.

Шестерка пик

Ну и зачем тут философам (к которым относится и профессор университетов Беркли, Принстона и МТИ Томас Кун) огород городить. Дело-то проще простого: Рентген увидел светящийся потусторонним зеленоватым светом платиносинеродистый экран, почесал затылок, стал искать причину его свечения и открыл Х-лучи. В том, что философы любят запутать самую простую вещь до такой степени, что сами перестают ее понимать, доля правды есть. Но, во-первых, кто из нас этого не делает даже в обычной повседневной жизни, а во-вторых, в данном случае профессор Кун весьма доходчиво пояснил свою мысль на примере, понятном и физикам, и простым смертным. Он привел в пример хорошо известный психологам тест Брунера—Постмана.

Психолог по очереди показывает карты из колоды и быстро их прячет. Испытуемый должен назвать карту. Фокус тут в том, что не все карты стандартные, некоторые изменены, есть, например, красная шестерка пик и черная четверка червей. Даже при наикратчайших показах все испытуемые всегда называли все карты без заметного колебания. При этом черная четверка червей, например, опознавалась как четверка пик или как четверка червей. Когда время показа карты увеличивается, испытуемые начинают колебаться. Например, видя красную шестерку пик, некоторые говорили: «Это шестерка пик, но что-то здесь не так». По мере увеличения времени показа карты замешательство испытуемых росло, и в один прекрасный момент большинство испытуемых начинало производить идентификацию правильно: «Это шестерка пик, но она не того цвета».

Но самое интересное в данном тесте то, что некоторое количество испытуемых так и не может опознать аномальную карту, даже если время показа ее увеличить в 40 раз. В классическом опыте, который провели сами Джером Брунер и Лео Постман, один из испытуемых воскликнул: «Я не могу определить ни одной масти. Она даже не похожа на карту. Я не знаю, какой масти она сейчас: пиковая или червовая. Я даже не уверен сейчас, как выглядят пики. Боже мой!» Вот именно так ведут себя ученые при открытии, считает Томас Кун.

Дальше он опять переходит на научный философский язык: «Сначала воспринимается только ожидаемое и обычное даже при обстоятельствах, при которых позднее все-таки обнаруживается аномалия. Однако дальнейшее ознакомление приводит к осознанию некоторых погрешностей или к нахождению связи между результатом и тем, что из предшествующего привело к ошибке. Такое осознание аномалии открывает период, когда концептуальные категории подгоняются до тех пор, пока полученная аномалия не становится ожидаемым результатом. В этом пункте процесс открытия заканчивается».

«Я уже подчеркивал, что с этим процессом или с каким-либо весьма подобным ему связано возникновение всех научных открытий,— добавляет Кун.— Осознавая этот процесс, мы можем в конце концов понять, почему нормальная наука, не стремясь непосредственно к новым открытиям и намереваясь вначале даже подавить их, может быть, тем не менее, постоянно эффективным инструментом, порождающим эти открытия».

Ученые аномалии

Если вернуться от философского к обычному человеческому языку, то из всего этого вытекает по меньшей мере два вполне научных вывода. Во-первых, нормальные ученые, а таких подавляющее большинство в науке, в обыденной жизни, которая, по сути, вся состоит из больших и маленьких аномалий, должны демонстрировать непрактичность, и их неученым женам, например, с ними так же трудно, как с маленькими детьми, что ученым полезно осознавать.

Второй вывод печальный и состоит в том, что в ученом сообществе преобладают люди, обладающие повышенной способностью «воспринимать только ожидаемое» и «подгонять концептуальные категории» под аномалию в науке только тогда, когда она, аномалия, становится ожидаемым результатом. Причем на росте их индекса Хирша это никак не отражается, скорее наоборот.

Ася Петухова