Наука часто кажется строгой и предсказуемой: гипотезы, эксперимент, результат, вывод. Но иногда поворотные моменты в истории науки случались не благодаря, а вопреки обстоятельствам. Сегодня, в День знаний, мы собрали для вас в нашей статье семь историй о том, как «сбой экспериментальной программы» становился для ученых дорогой в будущее. Иногда приводивших их даже к Нобелевской премии…
1. Изобретение сахарина, эксперимент Константина Фальберга (1879 г.)
В 1879 году русско-немецкий химик Константин Фальберг работал в лаборатории над производными каменноугольной смолы, из которой тогда получали красители и лекарства. Как и многие ученые его времени, Фальберг не особо заботился о чистоте рук во время опытов. Однажды вечером, сидя за ужином, он откусил кусок хлеба и почувствовал необыкновенную сладость. Сладкими стали и другие продукты, к которым он прикасался. Фальберг понял: «сладость» осталась у него на пальцах, куда она попала в ходе экспериментов со смолой.
Ученый вернулся в лабораторию и начал пробовать на вкус все химикаты, с которыми работал в тот день. Так он нашел вещество, которое позже назовет сахарином. Оказалось, что оно, по разным оценкам, в 300-500 раз слаще сахара и при этом не усваивается организмом. Фальберг быстро запатентовал открытие и наладил производство. Сахарин стал первым искусственным подсластителем, произведя революцию в пищевой промышленности. Особую популярность он приобрел в годы Первой мировой войны и дефицита натурального сахара. В 1970-х годах исследования на лабораторных крысах показали связь сахарина с развитием рака мочевого пузыря. Однако позже выяснилось, что этот механизм неактуален для людей.
2. Поиск «эфирного ветра», эксперимент Майкельсона-Морли (1887 г.)
В конце XIX века считалось, что свет распространяется в эфире, а его движение может зависеть от движения Земли относительно этой среды. Предполагалось, что орбитальное движение Земли вокруг Солнца может создавать «эфирный ветер» — эффект, который повлиял бы на скорость света в разных направлениях. Задача опыта заключалась в том, чтобы выявить это влияние или доказать его отсутствие.
Чтобы поймать этот эффект, ученые построили сверхточный интерферометр — прибор, который позволял измерять мельчайшие различия в скорости света. Американские физики Альберт Майкельсон и Эдвард Морли крутили прибор в разные стороны, меняли время суток и сезоны, чтобы поймать «эфирный ветер». Но результат был неизменен: скорость света всегда оставалась одинаковой, а эфир — необнаружимым. Это был «нулевой результат» — эксперимент, который не нашел того, что искал. В течение нескольких лет ученые спорили о том, почему измерения ни к чему не привели, как правильно было бы измерять так называемый «эфирный ветер». Так, например, в попытках спасти «теорию эфира» ирландский физик Джордж Фицджеральд и независимо от него Хендрик Лоренц предположили, что предметы физически сжимаются в направлении движения сквозь эфир. Однако в итоге теория эфира все же не выдержала критики. Отдаленным последствием «нулевого эксперимента» Майкельсона-Морли стало создание теории относительности Альберта Эйнштейна, для которого эти данные выступили экспериментальной основой.
3. Открытие пенициллина, эксперимент Александра Флемминга (1928 г.)
В 1928 году британский бактериолог Александр Флемминг изучал бактерии стафилококка — опасных микробов, которые вызывают гнойные инфекции и часто приводили к смерти пациентов. Он выращивал их в специальных плоских емкостях — чашках Петри. После очередного эксперимента он, как обычно, убрал чашки в сторону, но перед отъездом в отпуск забыл закрыть их крышкой. В лаборатории было открыто окно, и в чашку из воздуха попали споры плесени.
Флемминг заметил странную картину: вокруг выросшей плесени бактерии погибли и растворились. Он понял, что плесень выделяет какое-то вещество, которое убивает бактерии. Флемминг назвал это вещество пенициллином.Это открытие стало началом эры антибиотиков. Пенициллин спас миллионы жизней во время Второй мировой войны и продолжает спасать до сих пор.
4. Катетеризация сердца, эксперимент Вернера Форсмана (1929 г.)
В 1929 году 25-летний хирург Вернер Форсман искал способ безопасно доставлять лекарства в сердце и измерять давление внутри него. Его идея — ввести гибкий зонд через вену на руке до правого предсердия — казалась фантастикой: считалось, что любое вторжение в сердце смертельно.
Руководством клиники запрещены были эксперименты на людях. Тогда Форсман тайно вскрыл себе вену и под местной анестезией ввел в нее жесткий урологический катетер. Продвигая его, он контролировал путь с помощью зеркала и рентгеноскопа, а затем поднялся в рентген-кабинет и сделал снимок. Первая попытка закончилась неудачей, но в итоге ученый все же сделал снимок, зафиксировавший катетер в правом предсердии и доказал, что процедура безопасна (прим ред: по некоторым оценкам, ему понадобилось около девяти попыток, чтобы достичь нужного результата).
Однако вместо признания победы, Форсмана уволили за самоуправство. Метод отвергли в Германии, но в 1940-х годах американцы Андре Курнан и Дикинсон Ричардс развили его, сделав катетеризацию рутинным диагностическим инструментом. В 1956 году Форсман вместе с ними получил Нобелевскую премию. Сегодня эта процедура спасает тысячи жизней по всему миру.
5. Изобретение тефлона, эксперимент Роя Планкетта ( 1938 г.)
В 1938 году американский химик Рой Планкетт работал в компании DuPont над созданием новых хладагентов для холодильников. Он экспериментировал с газом тетрафторэтиленом, который хранился в баллонах под высоким давлением. Однажды он открыл клапан одного из баллонов, но газ почему-то не вышел. Удивленный Планкетт взвесил баллон — он был полным. Тогда он разрезал его и обнаружил внутри белый скользкий порошок. Оказалось, что газ самопроизвольно полимеризовался в твердое вещество с уникальными свойствами: оно было невероятно скользким, устойчивым к кислотам и высоким температурам. Сначала тефлон использовали в военной промышленности, а в 1960-х годах французская исследовательница Колетт Грегуар предложила покрывать им сковородки.
6. Каталитическая РНК, эксперимент Сидни Альтмана и Томаса Чека (1970-80 гг.)
В конце 1970-х биологи считали незыблемой истиной: катализаторы в клетке — это только белки. РНК же отводилась лишь роль переносчика информации. Томас Чек изучал, как вырезаются ненужные фрагменты из РНК у простейшего Tetrahymena thermophila. Все были уверены, что эту операцию выполняет специальный белковый фермент, и Чек подготовил контрольный эксперимент, чтобы это доказать. Он тщательно очистил РНК от всех белков — в пробирке не осталось ничего, кроме самой нуклеиновой кислоты. По логике, реакция должна была остановиться. Но РНК продолжала вырезать себя сама. Чек перепроверил все несколько раз — ошибки не было. РНК работала как катализатор без участия белков. Это открытие разрушило старую догму и возродило гипотезу «мира РНК» — идею, что первые катализаторы на заре жизни были именно РНК. В 1989 году Чек (вместе с Сидни Альтманом, сделавшим аналогичное открытие) получил Нобелевскую премию по химии.
7. Открытие бактерии Helicobacter pylori, эксперимент Барри Маршалла (1984 г.)
В начале 1980-х годов молодой австралийский врач Барри Маршалл вместе с коллегой Робином Уорреном обнаружил в желудках пациентов с гастритом неизвестную спиралевидную бактерию. Тогда считалось, что язва и гастрит вызываются стрессом, острой пищей и кислотой, а бактерии в желудке не выживают — слишком агрессивная среда. Маршалл выдвинул достаточно неожиданную идею: именно эта бактерия, позже названная Helicobacter pylori, является главной причиной заболевания. Научное сообщество встретило его теорию в штыки.
Чтобы доказать свою правоту, Маршалл попытался заразить подопытных свиней, но все попытки эксперимента провалились. Как выяснилось впоследствии, человеческий штамм Helicobacter pylori не приживался в желудке свиней из-за видовых различий в рецепторах клеток слизистой и иной кислотности среды. Отчаявшись и не видя другого пути, он решился на отчаянный шаг. В 1984 году в присутствии лаборанта исследователь выпил чашку с живой культурой хеликобактера. Спустя время у него появились тошнота, рвота, боли в животе и неприятный запах изо рта — классические симптомы гастрита. Диагноз подтвердила эндоскопия, а под микроскопом отчетливо виднелись колонии тех самых бактерий.
Маршалл вылечил себя курсом антибиотиков, и инфекция исчезла. Этот самоэксперимент перевернул гастроэнтерологию: оказалось, что в некоторых случаях язву и гастрит можно лечить антибиотиками. В 2005 году Маршалл и Уоррен получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Случайность или закономерность? Что стоит за «неожиданными открытиями»?
Семь историй — семь примеров того, как ошибка, невнимательность или отчаянный шаг изменили науку. Но что за этим стоит — простое везение или особый склад ума исследователя? Ответить на этот вопрос мы попросили Николая Герасимова — кандидата философских наук, старшего научного сотрудника Института философии РАН, эксперта конференции «Философия в ответе»: «Само понятие «счастливая случайность», удача, фортуна пришло к нам из протестантской традиции. Исходно это религиозный концепт. Наука и религия иногда обогащают друг друга, но наука как институция остается автономной и не может опираться на элементы религиозности. Поэтому ученый — это человек со строгой методологией и установкой на рациональное познание мира, и объяснять открытие простым везением он не станет.
При этом ученые регулярно обращаются к интуиции, просто чаще всего неформально. Философ Анри Бергсон одним из первых попытался обосновать роль интуиции в познании научными средствами. Показательно, что, когда он начал публиковать эти работы, научное сообщество встретило их в штыки, хотя на практике само это сообщество давно полагалось на интуицию. Ученый годами погружается в литературу по своей теме, подолгу сидит в лаборатории, и выводы у него нередко складываются сами собой, минуя выстроенную заранее логическую цепочку.
Случайные находки при этом, конечно, бывают, и наука умеет их фиксировать. Да, что-то возникло неожиданно, само по себе, но дальше начинается исследование, почему так вышло, и почти всегда за случайностью обнаруживается закономерность. За каждой историей о «счастливой случайности» стоит долгая работа конкретного ученого, который годами занимался темой и оказался готов эту случайность заметить. Чистой случайности, взявшейся из ниоткуда, в науке почти не бывает».
Возможны ли «гениальные случайности» в эпоху искусственного интеллекта?
«Люди нередко склонны „обожествлять“ искусственный интеллект. В 2020 году в научных статьях даже появился термин „цифровая теология“. Религиоведы заметили, что некоторые относятся к нейросетям как к проводникам чего-то божественного, будто нейросеть способна сообщить абсолютную истину, — говорит Николай Герасимов. — Вычислительные возможности ИИ, разумеется, впечатляют, но искусственный интеллект не всеведущее божество, способное просчитать абсолютно все. Не так давно в Москве в клубе Quercus проходила дискуссия “Философия в ответе: чего у нас не отнимет ИИ”, где философы и представители науки и бизнеса, креативных индустрий высказывали различные точки зрения. Несмотря на все успехи, ИИ все еще уступает человеку в целом ряде областей, особенно в науке, где он пока используется только как инструмент исследования, под управлением самого исследователя. Я уверен, что история вроде открытия пенициллина вполне может повториться и в эпоху ИИ. Искусственный интеллект принципиально не меняет эту картину: новый „пенициллин“ с такой же вероятностью может быть найден в ближайшем или отдаленном будущем».
***
Бывает, что великие открытия и в самом деле рождаются на грани провала, ведь и за кулисами научной лаборатории всегда есть место человеческому фактору — ошибкам, случайностям, невнимательности, а иногда и безрассудной смелости. И хотя современные технологии — искусственный интеллект, автоматизация, сверхточные приборы — делают науку все более точной и эффективной, они вряд ли смогут заменить главное качество настоящего исследователя: умение удивляться, замечать неожиданное и подвергать сомнению то, во что верят все. И упорно исследовать, анализировать, сопоставлять. Даже те результаты, которые кажутся отрицательными, провальными или нулевыми… Ведь иногда «неудача» — лишь начало новой дороги.
Автор текста Валерия Стопичева
Изображение на обложке: Magnific
