Науки: как сравнивать? (статья первая)

Иллюстрация Александра Кука

В управлении преподаванием есть такая мода — агрегированные курсы, предполагающие слияние наук. «Сбросить с парохода современности» вековой опыт развития наук и их преподавания — увлекательное занятие. Особенно для тех, кто ничего другого не умеет. Однако это может быть и вынужденной мерой — при урезании часов на конкретные предметы. Сделать действительно хороший агрегированный курс, может быть, и возможно. С учетом вреда от вытеснения классических предметов, это все равно может принести больше вреда, чем пользы. Но можно с относительно небольшим риском после изучения классических наук по нормальным учебникам прочитать несколько лекций, посвященных сравнению наук. От которых вполне может быть и польза.

Науки измеряют — какие и как

Есть разные способы сравнения наук. Например, можно посмотреть на зарплаты в разных науках, на потребность общества, на конкурсы в вузах, на традиции написания статей, на источники финансирования, на роль «внутреннего интереса» и внешнего заказчика, на тип заказчика (другие науки, техника, социум, отдельные люди) и т. д. Для решения разных задач можно использовать сравнение по разным параметрам. В этих двух статьях даны примеры сравнения наук по многим параметрам, в частности по источникам объектов, по тому, что и как они измеряют, есть ли в них мечта о единой теории, претендуют ли они на объективность. Все параметры разделены на две группы — метрологические и прочие. Причина этого деления такова.

Автору этой статьи довелось по поручению проректора преподавать метрологию в Московском государственном институте электроники и математики (вплоть до его поглощения ВШЭ) на пятом курсе факультета прикладной математики. Вот уж кому вольт-метры и штангенциркули были до лампочки! Поэтому автор, чтобы студентам было интереснее, включил в курс, кроме обычных физических и инженерных измерений, измерения в социологии и психологии. Курс преподавался несколько лет, причем доли материала, относящегося к разным дисциплинам, менялись от семестра к семестру. Студенты наиболее позитивно оценили вариант, в котором примерно равные доли отведены измерениям в разных науках.

После этого автор сообразил, что взгляд со стороны метрологии универсален, что он применим не только в естественно-научных, но и в гуманитарных дисциплинах: и искусствовед, оценивая живопись, и судья на чемпионате по фигурному катанию — все они измеряют. А уж заинтересовавшись сравнением наук, обнаружил, что кроме метрологических параметров есть и другие способы сравнения. О них будет рассказано во второй статье. А сейчас обратимся к метрологии, опираясь на авторитет Галилея: «Нужно измерять все измеримое и делать измеримым то, что пока еще не поддается измерению».

Приборы

В метрологии есть несколько основных понятий, которые рассматриваются в любом учебнике. Например — эталон, прибор, методы обработки данных и т. д. Попробуем сопоставить физику и технику с социологией, психологией и экономикой по некоторым из этих базовых понятий. Базовое понятие для метрологии — эталон. Он есть в физике и технике, но его нет в остальных трех дисциплинах. В психологии есть понятие «норма», но оно не вполне четкое, есть даже термин «вариант нормы». А в социологии и экономике эталона нет потому, что слово «эталон» воспринимается как нечто нормативное, обязательное, а серьезному социологу или экономисту неловко объявлять какое-то устройство общества обязательным.

Понятие «прибор» используется в физике и технике, в других областях так не говорят. Но, по сути, приборы есть везде: у социолога — это анкета или наблюдение, у психолога — тесты, у экономиста — данные статистики. В классической метрологии вопрос о приборе не возникает, приборы существуют и работают. Проблемы возникают по мере выхода из области рутины, когда мы начинаем измерять нечто новое или в новых условиях.

В социологии ситуация иная. Стандартных приборов у социологов нет, идея стандартизации приборов — анкет и методов наблюдений — непопулярна. Один из источников проблем — слишком сильная «связь с жизнью»: социология общается с респондентами на естественном языке и использует его при интерпретации наблюдений, поэтому международные стандарты создать трудно. Вспомним, что именно контакты между странами, и прежде всего торговля, служили и служат стимулом для стандартизации.

Анкеты, наблюдения и эксперименты в социологии — не чисто социологические, а частично психологические инструменты: они применяются к отдельным людям и лишь потом, после обработки, проектируются на общество. Нечто подобное есть в технике, когда контролируется несколько образцов, а вывод делается о партии продукции. Более «социологичны» экспертные опросы, когда специалистам задают вопросы об обществе — социологичность в этом случае вносит мозг эксперта. Социологическим инструментом являются фокус-группы, мозговые штурмы и прочие методы, охватывающие хотя бы малую группу, но сразу. Причем способом, который подключает, хотя бы в миниатюре, механизмы, реально работающие в обществе (например, давление авторитета).

Социологическими являются методы, применимые ко всему обществу сразу, методы, интегрирующие мнения отдельных людей посредством методов «социального интегрирования», например, выборы.

А вот в распространении слухов, анекдотов и мод роль психологии кажется большей. Заметим, что даже если в общество что-то (например, слух) попало вполне детерминировано («вброс»), то ведь в «генераторе вбросов» эта информация (то есть слух) тоже должна была как-то возникнуть. Великий Аристотель считал, что мыши зарождаются сами, в нильской грязи; современная физика считает эту гипотезу сомнительной. Надо бы спросить у биологов.

Величины и проблемы

Обычное определение таково: физическая величина — одно из свойств, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Но что такое «химическая» или «биологическая» величина и существуют ли таковые, не являющиеся «физическими»? Например, чисто биологической величиной можно было бы назвать устойчивость вида к изменению условий обитания или «окно контакта» — период «контактопригодности» для инопланетных цивилизаций (Станислав Лем). Возможно, что интуитивно ощущаемое затруднение при введении этих понятий означает проникновение физики в химию и биологию на уровне измеряемых величин. Отражает эту ситуацию и язык: выражения «химические величины» и «технические величины» употребляются в интернете в 100 раз реже, чем выражение «физические величины».

Социологическую величину по аналогии можно определить, как одно из свойств социологического объекта, общее в качественном отношении для многих социологических объектов (обществ), но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. В физике и технике процесс превращения интуитивных представлений в измеряемые величины начался давно, идет по сей день, и большое количество таких величин уже создано. В социологии процесс выработки понятий идет все время, но устоявшихся согласованных величин пока немного (индекс потребительских настроений, индекс социальных настроений). Разные исследователи изучают один и тот же процесс и измеряют то, что интуитивно кажется одним и тем же, разными инструментами (в том числе и разными анкетами).

В социологии и психологии параметры обычно связаны, их связь — сама объект изучения, и структура этой связи может быть различна. Психологами этот, с точки зрения физика или инженера, странный факт не скрывается, более того, они пишут, что психологические тесты должны использовать профессионалы и применять комплексно. Физик если и согласится с тем, что напряжение должны измерять физики (но улыбнется), то утверждению, что напряжение можно измерять только одновременно с током, сильно удивится.

В физике и технике измерение становится проблемой, когда предполагается измерять какую-то новую величину. В социологии эта проблема отчасти завуалирована тем, что большинство исследователей создает свои инструменты (анкеты) самостоятельно. Проблема возникает, если предполагаются измерения в необычных условиях, причем «необычные условия» можно понимать по-разному. Например, измерения обычного значения мощности, но с необычной точностью, или с обычной точностью, но на необычной частоте — при необычных значениях других параметров того же объекта или сигнала. В социологии большинство опросов проводится с людьми старше 18 лет. Адаптация анкет для младших возрастов, причем обеспечивающая сопоставимость результатов, — проблема.

Важный вид необычных условий — измерения с особо малым влиянием на объект ради увеличения точности или в ситуации промышленного шпионажа. В социологии незначительность влияния на объект — одна из важнейших задач. Важно не только влияние вопросов на респондента в процессе работы с данной анкетой, но и воздействие работы с другой анкетой неделю назад.

Еще один вид необычных условий — особые внешние условия. Высокая или низкая температура, значительный уровень радиации, агрессивная среда, высокое давление или вакуум. В социологии примером может служить изучение мнений людей в «горячих точках», тюрьмах, замкнутых социальных группах (олигархи, бомжи, сотрудники силовых структур, наркоманы и т. п.).

Выбор объекта для измерений

Если принять, что эксперименты на людях вообще недопустимы, то социология и психология получают статус «наблюдательной науки», которым они будут отличаться от естественных наук, но не от всех. Статус наблюдательной науки имеют, например, почти вся астрофизика и космология. Тем не менее они — науки; правда, быть науками им помогает то, что они и информационно, и методически связаны с остальной физикой.

Во многих случаях при измерении имеются свободные параметры. Если надо измерить напряжение на этих клеммах в данное мгновение, то вопрос о свободных параметрах не возникает, но если надо измерить рост человека, то возникает вопрос — утром или вечером его измерять? Напряжение в сети — днем или ночью? Квалифицированный метролог понимает, есть ли в конкретной ситуации свободные параметры, из опыта работы может представить себе, существенны ли они, а при сомнении — проведет соответствующие измерения. В социологии эта проблема стоит не менее остро, и есть традиционные методы ее решения (рандомизация, квотная выборка и т. д.).

В технике этот вопрос тоже возникает — бывают производства со 100%-м контролем, а бывают с выборочным: у каждого десятого, сотого или какого-то иного изделия контролируется некий параметр. Выбор частоты контроля определяется скоростью дрейфа данного параметра, стоимостью контроля и «стоимостью» пропуска какого-то количества бракованных изделий, а образцы из партии или пробы вещества берутся случайным образом или равномерно по массиву. Проблема выбора объекта существует и в физике, например — в физическом материаловедении. Как правило, исследуют несколько однотипных объектов, чтобы убедиться в их, с необходимой точностью, одинаковости. Либо обнаружить существенные и интересные различия и продолжить исследование. Для социологии проблема репрезентативности выборки — фундаментальный вопрос. Задача составления выборки в социологии отчасти подобна задаче составления выборки при контроле партий изделий в технике.

Зависимость любого измеряемого параметра от времени может быть интерпретирована, как в социологии, так и в физике, разными способами. Можно считать, что это правильное, закономерное изменение параметра. Например, измеряя напряжение в сети и заметив, что к вечеру оно несколько уменьшается, мы говорим, что сеть перегружена. Чем такое изменение систематичнее, тем скорее у нас появится теория. Особенно если есть дополнительные данные, говорящие об этом же (уменьшение частоты). Другой вариант — ситуация, которую мы интерпретируем как поломку, аварию, как «респондент не в себе». Но трудно представить себе такое изменение напряжения, что мы скажем: «сеть изменилась» или «это другая сеть». Между тем фразу «он стал другим человеком» мы сказать можем. А могут ли социологи сказать: «Общество стало другим»? В обыденной речи так говорят.

Многократные измерения

Важный вопрос практической метрологии — сколько измерений делать. Обычно пишут, что измерения должны проводиться многократно, и долго обсуждают, достаточно ли двадцати, или лучше тридцать. Однако любому инженеру и физику известно, что большинство измерений человек делает один раз. Но когда человек все-таки решает, что измерения надо повторить? А проделать третий раз? А четвертый? Когда он начинает подозревать зависимость от времени и какую? Когда простой линейный тренд, а когда что-то более сложное? И как он это расшифровывает, какие гипотезы клубятся в его голове и как это влияет на его дальнейшие действия? Кажется, это никто не изучал, а ведь это — повседневная практика. Заметим, что многократное повторение измерений может как раз сильно искажать результаты, если само измерение влияет на объект.

Ситуации с многократными измерениями можно разделить на две группы. Одна — когда мы много раз подряд измеряем «одну и ту же» величину. Например, взвешиваем одну и ту же монетку. Полученный в этом случае разброс является свойством прибора. Другая ситуация — когда мы изучаем разные «предъявления» одной и той же величины, но реально она может при разных предъявлениях оказаться разной. Например, на монетку может упасть пылинка. Вот более реальный пример: изучаем загрязнение местности радионуклидами и хотим характеризовать загрязнение одним числом, но образцы для анализа отбираем каждый раз заново. В социологии влияние измерения на объект неизбежно, и это вносит свою специфику. В психологии такое влияние еще сильнее, пример — измерение давления гипертоником.

Погрешности

Источников погрешностей несколько. Например, погрешность модели: мы описываем явление или объект в соответствии с каким-то нашим пониманием и вычисляем параметры в рамках этой модели, а на деле объект или явление устроены сложнее. Например, мы хотим изучить температурную зависимость сопротивления проводника, но эта зависимость нелинейна, и, аппроксимируя ее прямой, мы уже делаем ошибку.

Другой источник — влияние прибора на объект. Причем в некоторых случаях это влияние настолько сильно, что разрушает или повреждает объект, поэтому в технике есть такая тема: «неразрушающие измерения». В принципе, возможна и ситуация, когда прибор влияет на объект так, что искажение данного измерения невелико, но будут искажены последующие измерения. Очевидно, что все это относится и к психологии, и к социологии: разговор с психологом может повлиять на человека, заполнение социологической анкеты — тоже. Порядок следования вопросов в анкете, формулировка вопроса и неосознанное влияние интервьюера — каждая из этих причин может изменить количество выбравших тот или иной ответ на 10–20% от всего количества опрошенных. Однако данных на эту тему почти нет.

Про влияние на прибор — вот реальная история про влияние в психологии. Я делал диплом в НИИ «Исток» во Фрязино — головном предприятии Минэлектронпрома. Мой соученик Эмиль К. решил определить «порог срабатывания» вахтеров. Он клал в нагрудный карман рубашки спичечный коробок, пачку сигарет и др., проверяя, потребуют ли расстегнуть куртку. Но после нескольких замеров вахтеры стали требовать это у него всегда, даже если ничего не лежало. Вахтеры его запомнили — «прибор испортился».

Следующий источник погрешностей — огрехи метода: модель вообще-то правильная, но мы не учитываем какой-то фактор или какое-то влияние. Например, идя по следам Архимеда, мы хотим сделать простенький пробирный анализ взвешиванием сплава Au+Ag в жидкости и на воздухе. При этом, как обычно, пренебрегаем плотностью воздуха, пузырьками воздуха на нитке и куске сплава и объемом нитки. Еще есть погрешность инструментальная, погрешность прибора, и погрешность оператора — неправильный отсчет, неправильная фиксация данных, пропуск отсчета при периодических измерениях, ошибки от предубеждения. Наконец, погрешности от вариации условий измерения, которые можно разделить на две группы. Первая группа — это другие параметры объекта или сигнала. Вторая группа внешних условий — это «настоящие» внешние условия: температура, давление, влажность, освещенность. Все эти источники есть и в социологии.

Большинство операций в метрологии делается с электрическими величинами и сигналами. Поэтому при измерении неэлектрических величин первое, что надо сделать, — преобразовать совсем неэлектрическую величину (координату, скорость, давление, радиацию, температуру) или «отчасти электрическую» (напряженность магнитного поля, интенсивность электромагнитной волны) в электрическую. То, что это делает, — кусок измерительной цепи от объекта до первого места, где уже есть электрический сигнал, — и называют обычно датчиком (сенсором). В социологии объект и датчик — если мы задаем респонденту вопрос — совмещены. Причем, как и в технике, причин для систематических ошибок много, особенно при ответе на чувствительные вопросы — стеснительность, опасения конфликта с законом, конформизм, нонконформизм, желание понравиться интервьюеру, отторжение и т. д.

А теперь — дискотека!

А сейчас кратко упомянем один немного криминальный межнаучный аспект. Как человек, работающий в одной науке, воспринимает другую науку? Как он воспринимает написанное о своей науке людьми, не работающими в науке? Людьми, работающими в какой-то другой науке? И наконец, людьми, работающими в той же самой науке, но пишущими не о том, в чем они разбираются?

Здесь, как вы видите, четыре вопроса, причем первый в литературе вполне обсуждается. Утверждается, что физикам свойственно отрицать самостоятельность химии, химикам — отрицать самостоятельность биологии и т. д. То есть сводить химию к правильно примененной физике, биологию — к правильно примененной химии. Те, кто с этим не согласны, обвиняют сводителей в редукционизме — это у них такое ругательство. Смысла во всем этом — ни малейшего; важно, что открыто, что понято и рассказано в статьях и на лекциях и что нашло применение в инженерии. Серьезные исследователи не будут тратить время на пустые разговоры, оно им для другого нужно.

Что касается второго и третьего вопроса, то человек, работающий в науке, видит в написанном профанами ошибки, натяжки, бессодержательные аналогии, копание в личной жизни, всю эту и прочую пакость, и, конечно морщится. Особенно не повезло почему-то физике. Его огорчает, когда он видит традиционное сравнение чьих-то достижений со свержением с пьедестала ньютоновской картины мира или упоминание ни к деревне, ни к поселку городского типа теоремы Гёделя. Однако он понимает, что наука существует не в идеальном мире прописанного в конституции всеобщего к ней уважения. А значит, должно быть что-то… какой-то канал взаимодействия… нечто якобы научно-популярное… чтобы общество хоть немного уважало и так далее. Потому что без науки обществу — хана.

Физик может где-то «на полях» порассуждать о том, могли ли быть другими значения универсальных констант. Но ему и в голову не придет выступать на тему, как надо было бы устроить Вселенную. Биологи способны высказаться на тему, что человек мог бы быть устроен и получше, но и они делают это не вполне серьезно. Некоторые гуманитарии продвигаются в этом направлении дальше, например, социологам случается в своих публикациях давать советы властям.

В целом ученые редко выступают на далекие от области их знаний темы. Но соблазн всенародной популярности силен, и умные люди иногда начинают разглагольствовать на темы, в которых ничего не понимают. Например, физики начинают высказываться о политике, не понимая, что их мнение на эту тему не авторитетнее мнения любого другого человека. Который с трудом припоминает, кто такой Ньютон, и только после подсказки вспоминает, за что тот получил нобелевку.

В следующем номере мы продолжим разговор и сравним науки по не метрологическим параметрам — источникам объектов для изучения, принципам эксперимента, методам обработки данных, наличии мечты о единой теории и некоторым другим. Но что касается метрологии, то уже видно, что между некоторыми науками существуют нетривиальные параллели. То есть когда сравнение и сопоставление могут оказаться содержательны.