Главная » Хабрахабр » Патологическая наука

Патологическая наука

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

Помимо вирусности распространения настоящим бичом соцсетей становится моментальное нахождение и сплочение единомышленников вокруг практически любой идеи – как радикально политически окрашенной, так и совершенно абсурдной. 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. Конечно, это касается массового сознания. 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? Специалистов подобные вещи практически не затрагивают, потому что образование позволяет им отличить факты от лженауки и медиа-мифов.

То ли гоняясь за сенсационным открытием, то ли окрыленный результатами и не желающий сдаваться, ученый становится невидимым вредоносным элементом внутри научного сообщества. Но гораздо более коварным по сравнению со лженаукой является случай, когда профессионал в области науки по каким-то причинам одурачивает сам себя. И даже находит сторонников своему открытию, которого на самом деле нет. Он гордится своими результатами, он публикует их, он вызывает дискуссии. 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.

image
Ирвинг Лэнгмюр

Была сделана запись доклада на аудиопленку, впоследствии утраченная. Термин «патологическая наука» мог так и остаться в одних лишь воспоминаниях немногочисленных свидетелей как рассказ о нескольких научных курьезах. Эта запись, в свою очередь, была стенографирована Р.Н. И только после смерти Лэнгмюра, при разборе его бумаг в Библиотеке Конгресса США, была найдена долгоиграющая пластинка с копией той пленки. 68-C-035 в апреле 1968 года. Холлом и выпущена General Electric Laboratories под каталожным номером No. Впоследствии данная стенограмма с приложенным иллюстративным материалом была отсканирована, и теперь, после такого долгого пути, доступна в Интернете.

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. Лэнгмюр приводит разбор кейсов, вызывавших смех в аудитории даже во время его выступления, всего пару-тройку десятилетий спустя описанных им опытов.

При желании читателей я могу перевести стенограмму целиком, отдельным постом. С полным текстом выступления Лэнгмюра в оригинале можно ознакомиться здесь. 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.

Источник
Установка Дэвиса.

Их можно пустить по вакуумной трубке (из точки S на рисунке). Имеется альфа-активный материал (небезызвестный полоний), из которого получают поток альфа-частиц. Тогда без поля лучи будут приходить в конец трубки (Y), а при наложении поля – в боковой отросток (Z). Поток альфа-частиц летит строго прямо, но если включить рядом магнитное поле, то под его действием альфа-частицы отклонятся на известную величину.

Установим в трубке катод (F) с отверстием в центре. Теперь параллельно радиоактивному потоку частиц запустим поток электронов. Идея заключается в том, что теперь параллельно друг другу идут два потока частиц: тяжелые альфа-частицы с зарядом 2+ и электроны с зарядом -. Он будет излучателем электронов, а радиация пойдет дальше через отверстие. Но пункт назначения Z был точно рассчитан, исходя из скорости альфа-частиц и величины их заряда. По идее исследователей, частицы должны были «рекомбинировать» (грубо говоря, слиться), образовав поток измененных альфа-частиц с одним положительным зарядом вместо двух. 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. Значит, «однозарядные» альфа-частицы должны были отклоняться под действием магнитного поля слабее, не попадая в Y- и Z-концы трубки.

Но Дэвис и его коллега Барнс сделали поразительное, с их точки зрения, открытие. Напомню идею: обычные альфа-частицы под действием магнитного поля должны были попадать в экран Z, а «однозарядные», поглотившие электрон от катода – пролетать мимо. И энергии, на которых они наблюдали выраженный захват электронов альфа-частицами, точно совпадали с энергиями орбит в модели атома Бора! Чтобы изменять скорость потока электронов, они прикладывали к катоду различное напряжение. При этом каждый пик поглощения лежал в очень узкой области, порядка 0,01 вольт. Таких уровней было открыто несколько, в диапазоне соответствовавших напряжений катода от 300 до 1000 вольт.

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. Это сейчас мы с вами знаем, что боровская модель атома неполна и верна только для так называемых водородоподобных ядер. 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? В темной комнате коллега Дэвиса Барнс продемонстрировал свои опыты с установкой, подсчитывая в темноте вспышки на фосфоресцирующем экране. И получил немедленные ответы: эффект не зависит от потока электронов, они будут захватываться даже если катод будет комнатной температуры. Во-вторых, как выходит, что даже при низких потоках электронов такого короткого совместного полета хватает на рекомбинацию с альфа-частицами? 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 равно, согласно уравнению Ричардсона, катодом будут испускаться электроны. Все же, было достаточно странно, что в любых условиях рекомбинация всегда составляла около 80%, вне зависимости от мощности потока электронов.

В первую очередь, никто не удосужился нормировать наблюдаемые вспышки света на время. Лэнгмюр в деталях описывает все недочеты проделанных опытов. 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 с секундомером засек, что Барнс наблюдал вспышки от 70 до 110 секунд, утверждая, что всегда считает по две минуты. Далее, было сомнительно, как Халл, ассистент Барнса, умудрялся задавать точно необходимое напряжение. Лэнгмюр и Уитни игнорировали эти засветы, попробовав считать вспышки самостоятельно, в то время как Барнс, похоже, учитывал их в эксперименте. Кроме того, в какой-то момент Барнсу не понравился один из экспериментов, где они не нашли пик, ранее обнаруженный ими на 325,01 вольта. Он крутил ручку потенциометра, градуированного от 0 до 1000 В, и устанавливал там аж сотые доли вольта. Поэтому Халл выставил значение в 325,015(!) вольт. 325,02 вольта тоже не дали нужный результат.

Хотя все дело происходило в затемненной комнате, чтобы никакой посторонний свет не мешал считать вспышки в микроскопе, шкала потенциометра перед Халлом была освещена. Наблюдая за ним, Лэнгмюр понял одну вещь. Это мог видеть Барнс, а значит, эксперимент не был слепым в самом прямом смысле слова. В контрольных сериях экспериментов напряжение не прикладывалось, и Халл не трогал ручку потенциометра, просто откинувшись в кресле. Поначалу он незаметно попросил Халла «съехать» с искомого напряжения на десятую долю вольта, затем на вольт. Далее в дело вступил Лэнгмюр. 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. Затем даже в контрольных сериях делать вид, что он регулирует какое-то напряжение ручкой прибора. Ни сегодня, ни до этого.

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. Барнс немедленно ответил, что вакуумная трубка просто оказалась загазована. Лэнгмюр написал 22-х страничную статью с разбором эксперимента Дэвиса и Барнса, и их опыты перестали воспроизводить и цитировать. Дэвис, в отличие от Барнса, не давал моментальных объяснений, а просто был потрясен и не мог поверить в происходящее.

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.

Он назвал их N-лучами. 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. Блондло утверждал, что необходимо сидеть в темноте и смотреть на слабо освещенный объект, например, на фосфоресцирующий экран или лист бумаги. Особенностью их наблюдения было то, что они проявлялись на слабо освещенных объектах. Тогда, при должной тренировке, становится возможным увидеть N-лучи, падающие на экран. При этом ни в коем случае нельзя смотреть на сам источник. 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». Исследования Блондло ширились, он обнаружил свойство N-лучей запасаться в материалах, например, напитывал ими кирпич, а затем смотрел на N-лучи, испускаемые кирпичом.

Вуд. В случае с Блондло независимым наблюдателем стал заинтересовавшийся его экспериментами Р.У. Поскольку алюминий был для них проницаем, Блондло пошел еще дальше, изготовив алюминиевую призму(!) и начав скрупулезно изучать углы преломления N-лучей. Вуд присутствовал на новых экспериментах Блондло, который решил подробнее изучить оптические свойства своих 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.

Биолог Александр Гурвич в 1920-х годах описал биофотоны – сверхслабое ультрафиолетовое излучение, испускаемое корнями растений. Второй описанный на коллоквиуме Лэнгмюра случай патологической науки с лучистой энергией очень слабой интенсивности относится к России. При этом эффекта не наблюдается, если между растениями есть кварцевая пластина, а обычное стекло, пропускающее биофотоны, вызывает описанный эффект. Он описывал, как корни от лука, посаженного рядом с другим, отклоняются к первому растению. Следует отметить, что в наше время существование испускаемых растениями малых доз фотонов не оспаривается. Гурвич назвал эти лучи «митогенетическими», и, по словам Лэнгмюра, в то время было множество публикаций на эту тему. Ведутся лишь дискуссии об их природе, как о какой-то из разновидностей хемолюминесценции, но точно не об их способности стимулировать рост и развитие растений.

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. Еще один феномен, на который обратил внимание Лэнгмюр в своем выступлении – это так называемый эффект Эллисона. Его исследования тоже вызывали бурную научную дискуссию, и, по словам Лэнгмюра, эффекту Эллисона были посвящены в свое время сотни научных публикаций.

В ней опять использовалась вспышка света, на этот раз от электрической искры, и внешнее магнитное поле. В отличие от мнимых лучей или совершенно произвольно подсчитанных вспышек света, установка Эллисона была сколь сложна, настолько же и логична. Магнитное поле поворачивало плоскость поляризованного света в жидкости (эффект Фарадея), и на выходе можно было наблюдать интенсивность света (совпадение или несовпадение плоскости поляризации). Свет от вспышки проходил через поляризатор (призму Николя), а затем – через раствор какого-либо вещества, помещенного в электромагнитную катушку. 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. 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.

Сигнал от этилацетата был суммой сигналов от этанола и уксусной кислоты. Оказалось, что у многих веществ есть свое характеристическое время запаздывания, более того, сложные соединения демонстрировали свойство аддитивности. Эллисон с успехом детектировал существующие соединения и открывал своим методом новые элементы и изотопы. 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. По словам Лэнгмюра, он встречался с Латимером спустя несколько лет после его небольшой публикации о тритии. Глава химического факультета Калифорнийского университета Венделл Латимер использовал метод Эллисона и обнаружил изотоп трития. В то же время Американское Химическое общество после оживленных дискуссий все же отказалось больше принимать к публикации какие-либо статьи по этому методу. 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. Тот определил их все безошибочно, даже несмотря на микромолярные концентрации некоторых из них. 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.

Сам Лэнгмюр открыто оставляет этот вопрос слушателям своего доклада, не обсуждая природу происхождения эффектов, которые затуманили разум своим первооткрывателям. Так что же это было? Но, несмотря на неопределенность в самих причинах возникновения патологической науки, Лэнгмюр делает акцент на характерных особенностях экспериментов, из которых выводятся основные 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.

Признаки патологической науки

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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 результате длительных экспериментов с водой в длинных тонких капиллярах в водной среде возникала еще одна фаза, названная поливодой. В 1962 году советским химиком Николаем Федякиным, а после этого, в отдельных экспериментах – членом-корреспондентом АН СССР Борисом Дерягиным была открыта новая форма воды. 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. Свойства этой воды впечатляли: повышалась плотность, резко возрастала температура кипения с одновременным падением температуры замерзания. До конца 60-х годов, впрочем, эта вода оставалась за Железным занавесом ввиду языкового барьера – статьи о поливоде печатались только в русскоязычных рецензируемых журналах.

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. Впрочем, все, что проникало из-за Железного занавеса, представало не в лучшем свете благодаря все тем же упомянутым в начале медиа. 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). 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. Тот работал с его старшим братом, Бернардом Воннегутом, в General Electric. Тем любопытнее выглядит совпадение, что характер главного героя написанной за шесть лет до этого книги Воннегут списал с… Лэнгмюра! Но это все так, к слову. Бернард, физхимик и исследователь атмосферы, является изобретателем метода принудительного осаждения облаков распылением на них кристаллов йодида серебра.

Американский профессор Денис Руссо сделал ИК-спектрометрическое исследование поливоды и заметил характерные признаки обычных ионов солей. На фоне споров насчет природы поливоды все же нашелся человек, выступивший в уже знакомом нам по кейсам из доклада Лэнгмюра амплуа. 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. Тогда он сделал довольно циничную вещь: поиграв в гандбол, он собрал свой собственный пот и показал, что его свойства сходны со свойствами поливоды. 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?

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


Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан
Обязательные для заполнения поля помечены *

*

x

Ещё Hi-Tech Интересное!

Переезд с Ubuntu на Windows 10, Hyper-V и избавление от железного маршрутизатора

Купив новый ноутбук, я с сожалением заметил, что моя любимая Ubuntu больше не поддерживает работу сенсоров и вентиляторы постоянно жужжат, делая работу не комфортной. В тоже время, если загрузить предустановленную Windows 10 Pro с оригинального жесткого диска, то наступает приятная ...

«Монстры в играх или как удивить игрока»

Привет, друзья! Уже подошёл третий материал в цикле статей, который вы встречаете очень положительно, за что вам огромное спасибо! Сегодня продолжим разбирать монстров по кусочкам Knee Deep In The Dead! И так, сегодня статья будет наполнена массой примеров и отлично ...