Десять самых красивых экспериментов в истории науки - Джордж Джонсон

Нервные соединения оказались столь пластичны, что их можно было коммутировать, как линии связи на АТС. При достаточном обучении положительный стимул, например кусок мяса, можно связать с отрицательным стимулом. Так, собака при ударе током не отскочит, а начнет выделять слюну.

Методы эксперимента становились все более изощренными, что дало возможность исследовать чувство времени у собак. После того как собака научилась выделять слюну на вспышку света, положительный стимул задержали на три минуты. Через какое-то время собака привыкала к задержке — ее пасть наполнялась слюной через три минуты после сигнала.

В других экспериментах само время становилось стимулом. Собака получала пищу через каждые тридцать минут. При отмене кормления собака все равно усиленно выделяла слюну каждые тридцать минут. «Я убежден, — говорил Павлов не без помпы, — что именно на пути такого экспериментирования лежит решение проблемы времени, которая занимала умы многих поколений философов».

Нервное устройство собак было настолько сложным, что их можно было научить различать вращение предмета по часовой и против часовой стрелки, круг и эллипс, чувствовать, когда метроном отбивает два раза в минуту, 96 или 104 раза. Они могли отличить две соседние ноты на музыкальной шкале, ощущать интервал между нотами до и фа любой из пяти октав органа, а также видеть оттенки серого.

Для таких экспериментов важен контекст. Если собака изучает новый рефлекс сидя на полу, то, устроив ее на столе или введя нового экспериментатора, можно потерпеть неудачу, опыт не получится. Необходимо тщательно избегать всего, что может отвлечь внимание собаки. Чьи-то шаги, случайные разговоры в соседних комнатах, хлопанье дверью, вибрация от проехавшего грузовика, шум улицы, даже тени, проникающие с улицы через окно, — любой из этих случайных стимулов, попадающий на рецепторы собаки, создает возмущение в полушариях головного мозга и мешает эксперименту.

Собаки Павлова были так же чувствительны, как и интерферометр Майкельсона. С целью убрать все возможные помехи Павлов решил построить «башню тишины» наподобие сейсмологических лабораторий. Здание было окружено рвом, заполненным соломой, — она предназначалась для амортизации вибраций, а на первом и третьем этажах (второй этаж был пустым, нежилым) находились звуконепроницаемые лабораторные камеры, разделенные коридорами. Экспериментаторы наблюдали за собаками дистанционно, через специальные перископы, которые, по выражению одного из посетителей, «заставляли вспомнить о подводной лодке, готовой к бою».

Историк Даниэль Тодес назвал это сооружение «физиологической фабрикой Павлова», образцом для будущей экспериментальной науки. Здесь было проведено множество блестящих экспериментов, однако один из них оказался настолько неожиданным, что заслуживает специального рассмотрения.

Павлов и его сотрудники уже показали, что у собаки есть базовые музыкальные способности. Наученная выделять слюну при звучании определенного тона, например ля минор, она будет реагировать, хотя и не так сильно, на каждую отдельную ноту. Ученые пошли дальше — они решили проверить, способна ли собака различать простейшие мелодии.

Как только звучали четыре ноты подряд по восходящей шкале, собака получала немного еды.

После четырех нот в нисходящем порядке собака не получала ничего. Животное быстро научилось отличать эти мелодии. Но Павлова интересовало, как собака отреагирует на 22 других возможных сочетания этих же четырех нот.

И вот были сыграны все мелодии и собрана выделившаяся слюна. Собака разделила прозвучавшие мелодии на две группы: в первой звуки располагались по восходящей, а во второй наблюдался обратный порядок. Без преувеличения можно сказать, что собаке стали доступны какие-то зачаточные музыкальные понятия. Такой тип распознавания образов, по мнению Павлова, лежит в основе даже той деятельности, которую он совершал как экспериментатор.

Движение растений к свету и поиски истины с помощью математического анализа — явления одного порядка. Это последние звенья в почти бесконечной цепочке адаптаций, которую можно наблюдать в любом живом существе, считал он.

Павлов, как и многие другие ученые, создатели фундаментальных теорий, любил иногда помечтать, и в такие минуты он пытался объяснить характеры своих собак и человеческие неврозы как некую совокупность условных рефлексов. Между тем в Соединенных Штатах Джон Б. Уотсон и Б.Ф. Скиннер разработали бихевиористскую психологию, в которой все ментальное сводилось к стимулу и реакции на него. В результате появились два противоречащих друг другу взгляда на будущее. В романе Скиннера «Вальден-2» изображено общество, в котором главенствует бихевиористская инженерия. В романе Олдоса Хаксли «О дивный новый мир» аналогичный инструментарий используется государством для насаждения жесткой диктатуры. Однако ни то ни другое, к счастью, не сбылось. Не так давно появление компьютера и использование этого понятия как метафоры дало ученым новый стимул порассуждать о механизмах мышления. Однако фундаментальные выводы Павлова, гласящие, что мозг и центральная нервная система образуют точную высокоадаптивную живую машину, и сейчас не потеряли своей актуальности и по-прежнему продолжают служить ученым.

Уже в старости Павлов получил в подарок от своих студентов альбом с фотографиями сорока его собак. Одна из копий альбома обнаружилась в Санкт-Петербурге усилиями ученого из лаборатории Колд-Спринг-Харбор. Он использовал методику Павлова в опытах с фруктовой мушкой, чтобы определить ген, ответственный за долгосрочную память. Различных мутантов он называл «мушками Павлова», давая им клички знаменитых павловских собак.

В 1935 году на территории института был открыт памятник собаке Павлова, представлявший собой декорированный фонтан. В центре фонтана — постамент, на котором восседает большая собака. Постамент украшен барельефами со сценами из лабораторной жизни и поясняющими подписями, а также словами Павлова: «Пусть собака, помощница и друг человека с доисторических времен, приносится в жертву науке, но наше достоинство обязывает нас, чтобы это происходило непременно и всегда без ненужного мучительства».

Сверху постамент украшен головами восьми собак разных пород, из их пасти льется вода — собаки словно салютуют нам слюноотделением.

Глава 10

РОБЕРТ МИЛЛИКЕН

На рубеже

Мы уже приблизились к тому рубежу, где материя переходит в силу, а сила в материю, к тому туманному миру, что отделяет Известное от Неизвестного, которое всегда меня особенно влекло. Я осмеливаюсь думать, что величайшие научные проблемы будущего найдут свое решение здесь, на этом рубеже и даже за его пределами, ибо мне кажется, что именно там лежат Подлинные Сущности — неуловимые, многозначные, прекрасные.

Субботним январским утром, разыскивая последний прибор, который мне был нужен, чтобы убедить себя в существовании электронов, я отправился в «Черную дыру» — такую «постапокалиптическую помойку» Лос-Аламоса, штат Нью-Мехико. Командовал этим складом, превращенным в магазин, некто Эдвард Б. Гротус, бывший творец атомной бомбы, а ныне престарелый борец за мир и заодно владелец этого помещения, забитого сверху донизу осциллоскопами, генераторами сигналов, счетчиками Гейгера, вакуумными насосами, центрифугами, амперметрами, омметрами, вольтметрами, сосудами для хранения низкотемпературных жидкостей, муфельными печами, термопарами, барометрами, трансформаторами, пишущими машинками, древними арифмометрами, — всего более 15 соток, заполненных «мусором», накопленным с годами в результате деятельности национальной лаборатории, той самой, где когда-то начинался Манхэттенский проект.

Уже много лет я приобретал на интернет-аукционе все, что мне было необходимо для повторения классических экспериментов: опытов Дж. Дж. Томсона в 1897 году, показавших, что электричество — это часть отрицательно заряженной материи, а также знаменитого эксперимента Милликена с распылением масла, в результате которого удалось изолировать электроны и измерить их заряд. Изучая «закрома» «Черной дыры», я наконец обнаружил то, что искал, — источник высокого напряжения компании «Флюк». Я аккуратно поставил эту 12-килограммовую штуковину на бетонный пол. Работавший на электронных лампах прибор, созданный в 60-е годы XX века, имел вполне привлекательный вид. Я потащил его в глубь магазина, где лежали и висели всевозможные коаксиальные кабели, нашел тот, который совпадал с источником по разъему, и отправился к кассе.