Что такое наука, и как она работает - [23]

Призрачные сущности науки

Начиная с 1667 года и на протяжении 1700-х годов много времени было потрачено на изучение важного природного вещества, которое называлось «флогистон». Было замечено, что при сгорании любое вещество становилось легче, в то же время оно испускало тепло и свет. Снижение веса свидетельствовало, что горящие вещества теряют часть своей массы, выделяя тепло. Это выделившееся вещество, выделяющее тепло, было названо флогистоном. Другое известное наблюдение заключалось в том, что если поместить зажженную свечу в закрытый сосуд, она будет гореть некоторое время, а затем погаснет. Поскольку горение прекратилось, а большая часть свечи осталась нетронутой, можно заключить, что истощение флогистона не объясняет наблюдаемое явление. Вероятно, каким-то образом изменилось качество воздуха. Действительно, эта гипотеза подтверждалась наблюдением, что если в сосуд впустить свежий воздух, то угасающая свеча снова вспыхнет. Из этих наблюдений ученые сделали вывод, что для горения вещества окружающий воздух должен поглощать флогистон, который оно выделяет, и через некоторое время горение прекращалось, потому что флогистон больше не мог поглощаться воздухом. Это очень похоже на растворение поваренной соли в воде — соль будет растворяться по мере добавления (и, кстати, сделает воду более холодной) до точки, после которой раствор станет насыщенным и соль больше не сможет растворяться; однако при добавлении пресной воды растворение возобновится.

Также было отмечено, что способность воздуха поддерживать жизнь непосредственно связана с его способностью поддерживать горение. Другими словами, если поместить небольшое млекопитающее (обычно мышь) в закрытый сосуд, через некоторое время оно умрет, а оставшийся воздух не сможет поддерживать горение; и наоборот, если держать в сосуде зажженную свечу до тех пор, пока она не погаснет, воздух больше не сможет поддерживать жизнь мыши. Удивительно, но если поместить в «испорченный» воздух растение, оно будет хорошо себя чувствовать, и через некоторое время воздух снова сможет поддерживать горение или жизнь мыши. Казалось очевидным, что и горение, и жизнедеятельность организма приводят к высвобождению флогистона, поэтому мы дышим, чтобы изгнать флогистон из наших тел. Воздух может поглотить только определенное количество флогистона и, таким образом, поддерживает горение или жизнь мыши в течение ограниченного времени. Однако растения удаляют флогистон из воздуха, восстанавливая его способность поглощать флогистон и поддерживать жизнь мышей или горение. Гипотеза флогистона прекрасно согласуется с принципами гипотетико-дедуктивного метода; все известные явления можно было предсказать, исходя из предположения, что флогистон существует и что воздух может поглощать лишь ограниченное его количество.

Когда ученые начали понимать, что «воздух» на самом деле представляет собой смесь различных сущностей, изучение состава воздуха стало богатой областью исследований. Когда был открыт азот, выяснилось, что он не поддерживает горение и жизнь мышей. Это было истолковано как создание «флогистированного» воздуха; другими словами, азот не обладал способностью поглощать флогистон. Несколько лет спустя Джозеф Пристли сделал любопытное наблюдение, что нагревание оксида ртути приводит к «дефлогистированию» воздуха. Воздух, обработанный путем нагревания оксида ртути, был способен поглощать больше флогистона и, как следствие, усиливал горение пламени, а мышь могла жить в таком воздухе дольше, чем в обычном воздухе[42]. Изучение флогистона казалось триумфом, поскольку каждое новое открытие прекрасно вписывалось в целостную теорию.

Дальнейшие исследования природы показали, что некоторые вещества, в частности металлы, на самом деле становились тяжелее при горении. Это стало серьезной проблемой для теории флогистона, поскольку трудно объяснить, почему вещество, которое теряет флогистон (и выделяет тепло), становится тяжелее, а не легче. Ученые предложили ряд объяснений, но в конечном итоге (другими исследованиями и известными экспериментами) было показано, что во время горения вещества на самом деле соединяются с чем-то, что содержится в воздухе. В действительности, согласно нашему нынешнему пониманию, флогистона не существует; наоборот, в воздухе присутствует противоположность флогистону, которую мы теперь называем кислородом. Свеча перестает гореть в закрытом сосуде не потому, что воздух больше не может поглощать флогистон, выделяемый свечой; напротив, воздух содержит элемент, жизненно важный для горения (кислород), и вещества перестают гореть, когда потреблен весь кислород. Нагревание оксида ртути не приводит к дефлогистированию воздуха; на самом деле при этом выделяется кислород, газ, необходимый как для горения, так и для жизни. Это открытие вызвало инверсию представлений, сдвиг парадигмы не менее глубокий, чем предположение, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот.

Я рассказал эту историю для того, чтобы вы задумались о природе абстрактной сущности, которой был флогистон. Подобно многим вещам, исследуемым наукой, сам флогистон никогда непосредственно не наблюдался; наблюдались эффекты присутствия флогистона, которые служили веским доказательством его существования. Понятие флогистона было в основном введено как обозначение объекта, объясняющего наблюдаемые явления. По мере накопления наблюдений они интерпретировались в свете существования флогистона. Как уже обсуждалось, процесс ретродукции подвержен ошибочному обоснованию гипотезы наблюдением. Тот факт, что существование флогистона объясняет все наблюдаемые эффекты, вовсе не означает, что флогистон обязательно существует (с логической точки зрения). Однако идея флогистона, безусловно, какое-то время очень хорошо объясняла явления мира природы. Многие ученые снова и снова убеждались, что они на самом деле «наблюдают флогистон» или его отсутствие. Ученые изучили природу флогистона. Они изучили его свойства. Они могли измерить массу флогистона, покинувшего горящие вещества. Они могли удалить флогистон из воздуха, поглотив его нагретым оксидом ртути. Они могли вернуть флогистон в воздух, сжигая свечу.