Публикуется в порядке авторской перепечатки. Первоисточник. Материал значительно доработан для аудитории Хабра.

Всем известно, что науки бывают в виде физики или коллекционирования марок естественными и гуманитарными. Но, по правде говоря, есть еще науки, развивающие технику. Привычное слово «наука», однако, при более глубоком взгляде обывателя может быть не очень определенным. Поэтому можно написать еще проще: знания человечества бывают социально-гуманитарными, техническими и естественнонаучными.

Гуманитарные науки тесно связаны с человеком и его жизнедеятельностью в обществе. Это филология (языки, литература), история, философия (вопросы бытия, сознания, морали), культурология, социология, антропология, психология, искусствоведение, политология, юриспруденция… Нет человечества, нет и объекта исследования у гуманитарных наук.

Технические науки, часто опираясь на достижения некоторых естественных, развивают такие важные для человека области, как: архитектура, биотехнология, информатика, космонавтика, материаловедение, медицина и многое другое. Исторически, самая первая из них — техническая механика, ибо первые механизмы, примененные человеком — это наклонная плоскость или клин (с доисторических времен), рычаг и колесо (5-е тысячелетие до н.э.; водяное колесо — 4-е тысячелетие до н.э., колодец-журавль — 3000 гг. до н.э). Я в большей степени отношусь к области технических наук, и люблю для подчеркивания их особенности применять следующий афоризм:

Все начинается с инженера, задающего принцип. Он не открывает то, что уже было в природе, а создает конструкцию, нечто принципиально новое, то, чего в природе не было. Он собирает элементики и создает — за счет сборки, состыковки, «зашнуровки» — совершенно новые вещи, которых природа не произвела, и при этом опирается на свою творческую — смелую, «сумасшедшую» — мысль. Связывается все это в единство не по закону природы, который открыла наука, — там нечего было «открывать», пока инженер что‑то не создал. Георгий Щедровицкий

Можно эту мысль выразить гораздо короче, что, к сожалению уже было сделано не очень светлым человеком-германцем, теоретиком националистического образования Эрнстом Криком: «Учёный изучает то, что существует, а инженер создаёт то, чего ещё никогда не было».

Потом, как водится, пойдут галактики, звезды, космические тела (планеты, астероиды, кометы и т.п.), экосистемы (океан, озеро, лес, атмосфера, аквариум у вас дома и пр.), макротела (животные, человек, камень, вода, газы, растения…), микромир в виде молекул, атомов и частиц. На уровне макротел есть важный момент — они могут быть живыми и неживыми. Что есть живое, а что нет — вопрос не такой уж и простой, вспомните, например, вирусы.

На показанную иерархию легко ложатся науки по объектам их интересов. Самыми масштабными делами ведает космология. Она изучает происхождение, крупномасштабную структуру и эволюцию Вселенной в целом. За ней идет астрономия, изучающая расположение, движение, структуру, происхождение и развитие небесных тел и их систем, например, той же Солнечной системы.

А дальше несколько интереснее. Начиная с уровня космических тел, то есть Земли, продолжая ее экосистемами и макротелами балом правят экология и геология. Что же они заняли одну и ту же нишу? Экология, кстати, не наука о загрязнении окружающей среды, как некоторые думают, а наука о взаимодействиях живых организмов между собой и со средой обитания (надорганизменные уровни). Точно так же геология — не столько лишь о полезных ископаемых, а наука о строении Земли, её происхождении и развитии. Но литосфера (экосистема), скала, камень (макротела) — тоже часть Земли, поэтому и они являются объектом исследования геологии. Из написанного нетрудно сделать вывод, что экология изучает живой мир, а геология — мертвый неживой.

Биология, в свою очередь, тоже затрагивает экосистемы, а так же макротела-организмы и их процессы жизнедеятельности (обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации) на молекулярном уровне. Химия изучает вещества, а они — тоже макротела (кусок металла или пластмассы, пробирка нефти), и, конечно же, молекулы (вспомните органическую химию), атомы (вспомните атомные орбитали из школьного курса).

Итак, у нас остался лишь один уровень, самый базовый — субатомный, элементарные частицы. Какая наука ими занимается? Конечно же физика. Но в школе мы больше изучали на уроках физики другое — движение макротел и молекул, состояние газа и электрический ток…

Обратите внимание, макротела изучаются наибольшим количеством базовых наук — это, видимо, закономерно для человека — изучать то, что по размеру схоже с ним. Тем более, исторически именно макротела исследовались первыми — без научных приборов не очень-то рассмотришь космос или молекулу.

В физике, однако, изучается и движение космических тел, и вездесущая энергия, и теория гравитации… То есть в любой естественной науке найдется кусочек физики, и это неудивительно, так как физика — это наука о природе в самом общем смысле, о ее фундаментальных основах, из которых строятся все прочие системы — и макротела, и планеты, и галактики. Поэтому многие физики изображают вышеприведенную схему так:

Да и действительно, в современном мире человека значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль и привнести в быт электричество, развитие электроники привело к появлению компьютеров. Достижения медицины, например, строятся в том числе на развитии диагностического оборудования, достижения космологии — на создании современных средств наблюдения за электромагнитными или гравитационными волнами. Все это создано с помощью технических наук на основе достижений физики, поэтому и последняя версия схемы имеет смысл. Все перечисленное и многое другое, привнесенное наукой в жизнь человека, в культуру, изменило ее — это можно заметить и по образу жизни, и языку, и по политике, и живописи, да и жанрам искусства в целом. Да что там, наверняка, даже физиологически человечество стало меняться, просто это пока не заметно.

Просвещение почему-то не дает представление о науках в том свете, которое описано выше. Да что там, многие интереснейшие науки просто неизвестны выпускникам школ — многие ли из них знают, что за зверь такой геология, или что существует палеонтология, или космогония? Я, например, считаю правильным и эффективным изучение наук в порядке их познания человечеством. Этот порядок предопределяет и движение от простого к сложному — ведь открытия, скажем, середины XIX века для нас привычны, они не слишком далеки от наших бытовых представлений. Мы пользуемся приборами, и кое-что знаем об электричестве, накачиваем насосом мяч или шину, и знаем что такое давление и нагрев газа от сжатия, носим очки, ходим в кинотеатр и немного смыслим в оптике. Но для жителей-современников Ома, Клайперона, Френеля конечно же, эти знания были сродни теории струн для нас.

Считается, что исторический путь познания наук имеет крупный недостаток — знаний столько, что изучить их в разумный срок невозможно. Да, науки давно усложнились так, что не существует ученых-универсалов. Трудно работать не то что в нескольких областях, но даже внутри одной науки практически невозможно разбираться в широком круге проблем. Но задача образования — дать общее представление о «вкусе» разных наук школьнику, что бы у него был полноправный выбор дальнейшей узкой специализации, если, конечно, его интересует это вообще. А такая задача хорошо согласуется с историческим порядком изучения знаний, но сначала я бы приводил рассмотренную иерархию наук по сложности внутренней структуры объектов их изучения — что бы в голове всегда была «карта» естественнонаучных знаний человечества.

Внимательный читатель должен заметить, что до сих пор не была упомянута математика. Если открыть энциклопедию, там математика числится формальной наукой. Ее, вслед за информатикой, можно отнести к разряду технических наук, хотя на деле, она с трудом поддается рассмотренной в начале статьи классификации. Математика занимается описанием и манипулированием абстрактными объектами, которые представляют собой либо абстракции от природы, либо — в современной математике — чисто абстрактные сущности. То есть по существу, сама она не связана с природой, однако открывает и систематизирует методы, теории и теоремы, разрабатываемые и доказываемые для нужд точных наук. Другими словами, для решения задач других наук математика является инструментом, причем развивающимся самостоятельно. Чаще всего математики создают инструментарий раньше, чем он находит применение в других науках. Так, в XIX веке математики для собственного развлечения придумали (то есть изобрели, а не открыли) тензоры. В начале XX века, когда Давид Гильберт и Альберт Эйнштейн размышляли о природе гравитации, последнему математик Марсель Гроссман рассказал о тензорах (как инструменте, для которого были давно разработаны и методы работы, и доказаны теоремы), в результате чего родилась общая теория относительности.

Мы упомянули точные науки — в которых изучают количественно точные закономерности и используют строгие методы проверки гипотез, основанные на воспроизводимых экспериментах и строгих логических рассуждениях. Ключевое слово в этом определении — количественно. Тот же эксперимент есть во всех естественных науках, но опыт Павлова качественен, а вот измерение ускорения свободного падения или анализ экспрессии генов — количественны. Отсюда, подумав, можно сделать вывод, что физика, астрономия, математика (и все формальные науки вообще), химия, информатика, а также некоторые разделы биологии — точные науки.

Если вы давно увлекаетесь точной наукой, то привыкаете к строгому, лаконично излагаемому языку математики, к недвусмысленности любых утверждений, единости подхода, прослеживаемого в любой точной науке, четкости выводов. Или так: язык точных наук един, переход с изучения одной из них к другой не вызывает проблем с основами их изложения.

Итак, мы выяснили, что физика, химия и математика говорят на языке формул и строгих доказательств. Но что происходит, когда представитель такой «точной» среды сталкивается с наукой, где этот язык — не основной? Где выводы часто носят описательный и интерпретационный характер, а последняя научная революция случилась буквально на наших глазах?

Мой собственный опыт такого столкновения — прекрасная иллюстрация. Будучи человеком, привыкшим к языку физики, я однажды решил погрузиться в геологию. И первое, что меня поразило — это не драматичная история планеты, а ощущение методологического диссонанса.

Геология, наука с той же приставкой и «объектом исследования», что и древнегреческая богиня Земли Гея, не является точной. Нелегко привыкнуть к описательному стилю изложения естественной науки, к тому же изучающей вроде бы весьма конкретную вещь — землю под ногами. В ней, после точных наук довольно тяжело ориентироваться и делать, или хотя бы представлять выводы. Как пример: движения галактик в сверхскоплении промоделированы и показаны анимацией, на любую тему физики можно найти тоже анимации, а вот в геологии, то есть для процессов нашей, конкретной планеты таких анимации довольно мало. И это все, честно говоря, довольно-таки сильно удивляет меня, а то и сбивает с толку.

А тут еще совершенно недавно произошедшая революция в геологии. Революции в физике произошли довольно давно по меркам человека — теория относительности, электромагнетизм, квантовая физика — все это конец XIX или начало XX веков. Учебников по физике, написанных до этого периода мы не читаем. По-другому же обстоит дело в геологии. Если вас интересует, например, местный орогенез, то есть горообразование, вы так или иначе будете смотреть монографии или статьи из XX века (советского периода), так как именно тогда наиболее прогрессивно накапливался неоспоримый исследовательский материал (многочисленные геологические экспедиции, развитие средств геофизики, наблюдений со спутников и т.п.). Но вот теории, по которым представлены причины орогенеза в этих источниках, приходится во многих случаях «фильтровать» — они безнадежно устарели.

Наше поколение, чем бы его представитель профессионально не занимался, хотя бы краем уха слышал, что горы — следствие движения литосферных плит, сталкивающихся друг с другом. До середины XX века в плане орогенеза господствовала же теория геосинклиналей.

Идею о геосинклиналях еще в середине XIX века высказали американские геологи. Тогда считали, что положение континентов, а следовательно, и морей на Земле неизменно. Это утверждение останется незыблемым до 1960-х гг, хотя первые данные о дрейфе континентов появятся еще в 1915 г. Вторая мысль, изначально положенная в теорию — при медленном охлаждении планеты земная кора должна сжиматься, образуя складки-хребты, как сморщивающаяся поверхность засохшего яблока. Правда, после открытия в 1896 г физиком Анри Беккерелем явления радиоактивности, которое может разогревать недра, от «сморщенного яблока» в геологии пришлось отказаться.

Но европейцы Эмиль Хауг, Леопольд Кобер и Ханс Штилле все же развили теорию геосинклиналей в начале XX века. Ее содержание тогда было довольно простым — о вертикальных движениях в земле, но честно говоря, уже странным. Оно заключалось в том, что на земной поверхности образуются длинные и узкие углубления. Эти впадины, собственно и названные «геосинклиналями», имеют длину в тысячи, ширину в десятки и глубину в единицы километров. Они заполняются рыхлыми осадками, которые потом твердеют, нагреваются, меняют химический состав. Пласты осадков сминаются в складки, прорываются снизу струями расплавленной магмы. В конце концов, вся эта область поднимается, образуя горную цепь на месте бывшей впадины. Я понимаю, что они насочиняли черт знает что у нас сейчас сразу возникает много вопросов уже к базовой формулировке теории. Но во времена своего становления она хорошо объясняла ряд геологических наблюдений, которые актуальны и сегодня: горные хребты — это место, где встречаются породы, образовавшиеся на морском дне; толщи отложений достигают в глубину нескольких километров; более старые породы иногда могут залегать на более молодых; продукты разрушения гор отложились во времени после морских осадков.

Подозрительность к задумке о геосинклиналях для современного читателя вызвана тем фактом, что она не являлась физической моделью, т.е. не показывала необходимость протекания приведенных процессов исходя из условий, имеющихся в недрах Земли и известных из физических законов. То есть нарушала последовательную иерархию наук, согласно которой, теории любой из них должны опираться на базовые законы о строении и движении материи, то есть законы, установленный физикой (и чем выше находится наука по сложности изучаемых объектов от физики, тем на большее количество других наук под собой она может должна опираться). Причем практически тогда же ведущий геолог своего времени Эдуард Зюсс не одобрял концепцию геосинклинали и в 1909 году выступил против её использования из-за связи с устаревшими теориями, продвигая дрейф континентов. Но это не помешало всеобщему становлению псевдотеории геосинклиналей и полному игнорированию более плодотворной идеи в течение полувека.

Со временем, для описания новых данных, теория геосинклиналей обросла множеством «костылей», суть которых нам сейчас не важна. Важно то, что описания геологической истории горных областей в геологической литературе стали напоминать исходный код гигантской программы, написанной без единой архитектуры — сплошной spaghetti code, где под каждый новый баг или фичу создавался отдельный костыльный модуль с хаками, несовместимый с остальными. То есть единого подхода к процессу орогенеза в разных частях Земли не было; чуть ли не для каждой горной области приходилось писать свой кастомный «велосипед».

Под натиском новых открытий теория геосинклиналей плавно «треснула» в 60-х гг XX века. Но многие термины — разнообразные геосинклинали и прочие элементы старой парадигмы вписались в геологию как частный случай конкретных обстановок, что обывателя при ее изучении может запросто путать.

Итого, геолог, стремящийся понять происхождение горного хребта, в прошлом веке мог предположить две основы: или то, что хребет вытолкнуло из-под земли какой-то вертикальной силой (геосинклинали), или что хребет может возникнуть в результате горизонтального сжатия наподобие складок на ткани, когда вертикальный подъем есть просто следствие горизонтальных усилий (тектоника литосферных плит). Поскольку природа сил, действующих в глубинах Земли, до последнего времени оставалась неизвестной и геологи видели лишь следы действия этих сил на поверхность Земли, они могли с равным успехом строить логически достоверные конструкции, исходя и из одного, и из другого предположения. Поэтому история геологии в середине XX века — это в значительной степени история борьбы двух теорий. К сожалению, в советской геологии теория геосинклиналей в целом побеждала и прожила еще долго — целые научные школы были лысенковщинами активными противниками тектоники плит. Так, например, видный геолог, член-корреспондент академии наук Белоусов Владимир Владимирович фактически возглавил борьбу с ней в советской науке, которая сохраняла свою остроту до середины 1980-х годов. При этом на полном серьёзе у нас писались и издавались книги с далеко идущими выводам — серьёзные проработанные исследования, но полностью игнорирующие новые факты.

Правда, такая ситуация не помешала советской геологии быть ведущей в мире по многим направлениям. Во многом это связано с тем, что новая теория тектоники почти не изменила описательную часть геологии и подход к геологическим работам на материках.

Что еще хочется отметить. Физика не имеет политических границ. Слишком смело будет сказать тоже самое о геологии, ведь эта наука до недавнего времени была большей частью описательная. А лучше всего можно исследовать и описать землю страны, на которой и живет геолог. Особенно это было справедливо для границы СССР-Запад, ведь как ни крути, не смотря на публикации, конференции, экспедиции ученых за рубеж, принадлежность к разным мирам политического и общественного устройства накладывала свой географический отпечаток на геологию. Исследованию, например, Байкальской области, несмотря на небольшое количество рифтовых зон на планете, все же посвящено больше советских/российских публикаций, чем работ западных ученых. И это при изучении местного орогенеза, вкупе с тем фактом, что в нашей стране со стороны академии наук был протекционизм устаревшей теории, накладывает заметные трудности.

Конечно, ничего особенного с геологией нет, она проходит тот же процесс, что был, есть и будет в других науках — прогресс в эмпирическом познании ведёт к постепенному накоплению знаний о Земле. Это, в свою очередь, ведёт к периодическим скачкообразным изменениям в теоретической картине устройства планеты. Ведь в наше время и геология обзавелась количественной, точной частью — геодинамикой. И благодаря этому появились анимации глобальных процессов — движения материков и плит, может быть даже конвекции мантии, субдукции океанической коры. Но вот наглядно показать, как и когда сформировались любимые туристами конкретные горы, как они выглядели раньше — геология, видимо, еще не в состоянии.

Возвращаясь к началу статьи, теперь мы можем понять, что же имел ввиду Эрнст Резерфорд, делая знаменитое высказывание про науки на вручении Нобелевской премии. На примере с той же геологией, а особенно с гуманитарными отраслями, нетрудно заметить, что науки бывают классификационные и экспериментально-теоретические. Классификационные собирают наблюдения и распределяют их по родам и видам — это, например, история, философия или как род деятельности — филателия. В большинстве естественных наук сочетаются оба подхода в разных пропорциях, за исключением абсолютно точных наук — химии и физики. Физика при этом стоит на самом низком уровне размерности объектов материи, на фундаменте, а значит ее законы лежат в основе всего естествознания. Ведь многие закономерности являются общими для всех материальных систем, такие естественные науки как химия, биология, геология и др. описывают некий класс материальных объектов, которые подчиняются законам физики. Именно это — точные науки и все остальные — разделил Резерфорд в своем нобелевском высказывании.

Как уже было упомянуто, на современном этапе развития человечества лишь две естественные науки абсолютно точны. Видимо, с развитием познания их количество будет увеличиваться. Сегодня математические методы являются мерилом точности, но кто знает, может для сложных систем они будут неприменимыми и человечество создаст другой аппарат точных наук. Будем надеяться, что становление всей биологии в ряд точных наук произойдет не слишком нескоро, и ее прикладная часть — физиология, поможет решить важные насущные проблемы человечества. А потом и последующие естественные науки обретут строгий стержень — ведь в этом и есть фундаментальный научный прогресс.

Нет сомнения, что науки наукам много весьма взаимно способствуют, физика химии, физике математика, нравоучительная наука и история стихотворству, однако же не каждая каждой. Михаил Васильевич Ломоносов