Цена объективности: что потеряла наука в погоне за «чистыми данными», и почему в лабораториях нужны художники
Наука очень многое выиграла, когда научилась доверять приборам, измерениям и «чистым данным». Но, кажется, в процессе все-таки что-то потеряла.
В ваших руках тяжелый футляр из полированного красного дерева. Поднимаются металлические защелки, раздается глухой щелчок, и воздух наполняется запахом старого лака и машинного масла.
На выцветшем синем бархате лежит сложный латунный инструмент, густо покрытый шкалами, окружностями и ажурной вязью. Это астролябия фламандского мастера Гуалтеруса Арсениуса — по сути навигатор, часы и калькулятор звездного неба в одном корпусе. Но больше всего поражают крошечные скульптуры, поддерживающие подвес с компасом. И тут возникает почти неизбежный вопрос: зачем этому строгому математическому прибору нужна скульптура?
Поиск ответа уводит далеко за пределы одной астролябии. Еще недавно наука не стеснялась быть зрелищной, осязаемой и даже красивой: сложные идеи воплощали в стекле, воске, гипсе и металле, но потом что-то изменилось.
Сейчас подобные артефакты воспринимаются почти как аномалия, ведь современная наука стремится быть объективной и функциональной. Кажется, в ней нет места предвзятости, эмоциям и уж тем более эстетическим излишествам. Но так было не всегда — и, возможно, будет не всегда.
Раньше считалось, что задача исследователя — выделить в явлении устойчивую форму. Так, Линней настаивал, что ботаник должен искать постоянные и определенные признаки, а все случайное — отбрасывать. Гете писал о «чистом феномене», который нужно буквально выкристаллизовать из массы наблюдений. Ученые пытались отсеять шум, найти и изучить идеальный образец, архетип.
Позднее историки науки Лоррейн Дастон и Питер Галисон назовут этот подход truth-to-nature. По их классификации «верность природе» станет первым из нескольких способов научного видения, сменявших друг друга на протяжении последних четырехсот лет.
Но у такой модели познания были пределы. Особенно остро это чувствовали биологи, ведь рисунки, гербарии и чучела просто не передают всех особенностей живого.
Красота как инструмент восприятия
Допустим, натуралист вылавливает у берегов Норвегии морского ангела и хочет передать образец в университетскую коллекцию. Стоит поместить это чудесное существо в банку со спиртом, и консервант обесцвечивает ткани, щупальца сморщиваются, и от хрупкой красоты остается бесформенный серый комок.
Решение этой проблемы нашли мастера-стеклодувы из Богемии. Леопольд Блашка и его сын Рудольф с 1863 по 1936 год создали для разных музеев естественной истории тысячи стеклянных копий морских существ, и еще больше четырех тысяч ботанических моделей по заказу Гарварда. Это были и сами цветы, и семена, и стадии роста. Стеклянный сад Блашка подарил студентам то, чего не могли дать плоские иссохшие гербарии, — вечную весну.
В случае Блашка красота модели — следствие красоты самого объекта, но порой ученые намеренно эстетизировали предмет исследования. Самый радикальный и оттого показательный пример — «Анатомическая Венера» из флорентийского музея естественной истории La Specola, созданная под руководством мастера Клементе Сузини в 1782 году.
Это женская фигура в натуральную величину. Жемчужное ожерелье, настоящие человеческие волосы. Поза — расслабленная нега, заимствованная с полотен Тициана и Джорджоне, но при всей чувственной красоте ее грудная клетка вскрыта. Студент-медик мог шаг за шагом снимать восковые слои: извлечь легкие, сердце, желудок, вплоть до крошечного свернувшегося плода в матке. Если убрать томную позу, жемчуг и идеализированные черты, останется расчлененное тело, от которого хочется отвернуться.
У Блашка красота объекта переходит в модель через материал. У Сузини красота привносится в модель сознательно, чтобы удержать внимание там, где естественная реакция — страх и отвращение. В обоих случаях эстетика выступает не самоцелью, а инструментом восприятия.
С изобретением микроскопов натуралисты открыли геометрию диатомей — одноклеточных организмов с кремниевыми панцирями, чья форма кажется почти архитектурной. Микроскописты вроде Иоганна Меллера настраивали с их помощью оптику, и ненароком изобрели искусство микромозаики, а Эрнст Геккель в атласе Kunstformen der Natur сделал эстетизацию природных структур самостоятельным визуальным языком, оказавшим сильное влияние на архитекторов модерна.
Математики тоже нуждались в том, чтобы потрогать свои идеи: в школе Феликса Клейна создавали из гипса алгебраические поверхности, а инженеры Теодор Оливье проектировал струнные модели — сотни натянутых шелковых нитей, из которых буквально проступают поверхности второго порядка.
Но почему это вообще работает? Почему упорядоченная, красивая форма облегчает понимание?
Один из первых ответов предложил шотландский биолог Дарси Вентворт Томпсон. В 1917-м он напечатал трактат «О росте и форме» — семьсот страниц о том, почему живое так красиво. Не в возвышенном смысле, а в инженерном. Мыльный пузырь сферический, потому что сфера — единственная форма, удерживающая данный объем при минимальной площади поверхности. Спираль наутилуса — распространенный паттерн роста, при котором организм увеличивается, не меняя пропорций. Вывод Томпсона можно сформулировать так: «Красота не декорация поверх функции. Красота — функция, увиденная с правильной дистанции». Конечно, не всякая красота функциональна, и не всякая функция красива. И все же именно эти совпадения объясняют, почему научные модели так часто эстетичны.
Форма как инструмент мышления
Все это, от стеклянных медуз до шелковых геометрий, объекты, которые помогали удерживать внимание и дисциплинировали восприятие. Студент, который раз за разом собирал и разбирал анатомическую модель или распознавал форму по гипсовой поверхности, учился различать в зрительном хаосе знакомые структуры. Но порой модель шла дальше — становилась не просто учебным пособием, а инструментом мышления. Она не показывала готовый ответ, но помогала к нему прийти.
В 1874 году Джеймс Клерк Максвелл, тот самый, чьим именем названы уравнения электромагнетизма, пытался понять, как ведет себя жидкость при разных температурах и давлениях, при каких условиях она меняет агрегатное состояние.
Он взял уравнения термодинамики Гиббса и вылепил из глины скульптуру. По одной оси — объем, по другой — энтропия, по третьей — энергия. Получившиеся холмы, впадины и плавные изгибы сделали очевидными соотношения между разными фазовыми состояниями вещества.
Еще важнее то, что он делал с этой моделью дальше. Максвеллу нужно было нанести на эту кривую поверхность линии изотерм. Вместо того чтобы вычислять их на бумаге, ученый использовал саму форму модели как вычислительное средство. Он вынес гипсовый слепок на солнце, выставил под нужным углом и обвел карандашом границы света и тени. Свет и форма модели сделали то, что на бумаге потребовало бы сложных вычислений.
Сходным образом позже работала Дороти Кроуфут Ходжкин. Она расшифровывала структуру пенициллина с помощью рентгеновской кристаллографии, но на выходе получала лишь плоские пятна на фотопленке. Компьютерного трехмерного моделирования тогда не существовало, так что она взяла листы прозрачного плексигласа и нарисовала на каждом контуры электронной плотности. Потом собрала их в стопку, и разрозненные линии образовали объемные сгустки. Такой физический способ визуализации стал частью процесса поиска структуры пенициллина — исследования, за которое Ходжкин позднее получила Нобелевскую премию.
Один из самых известных примеров — модель ДНК. Уотсон и Крик в начале пятидесятых уже знали химический состав этой молекулы, и благодаря рентгенограммам Розалинд Франклин понимали, что это спираль, но как ее компоненты расположены в пространстве?
Ученые заказали в университетской мастерской модели азотистых оснований и буквально сидели и пробовали, как детали стыкуются друг с другом. Сначала они думали, что основания торчат снаружи спирали, но детали не складывались. Тогда вывернули молекулу наизнанку: остов наружу, основания внутрь. Уотсон попробовал соединить два пурина — слишком широко, не влезает. Два пиримидина — слишком узко. И только когда он взял одну большую деталь и одну маленькую — аденин и тимин — и сдвинул их на столе, водородные связи идеально совпали. Потом гуанин и цитозин, и получилась та же ширина.
Металлическая модель физически не позволяла собрать себя неправильно: геометрия оснований отсеивала неверные комбинации. Здесь знание рождалось не после чисто абстрактного вывода, а в процессе манипуляции с материальной формой.
Позднее историки науки обратили внимание на важную особенность подобных визуализаций: они нередко содержали информацию, которую их создатели сознательно в них не закладывали. Гипс, стекло, латунь — у них есть собственные физические свойства. И когда ученый лепит, отливает, натягивает нити, материал вступает с ним в диалог. Заставляет искать и порой подсказывает верное решение.
Максвелл лепил из глины и чувствовал верный изгиб раньше, чем выполнял расчеты. Уотсон сдвигал детали на столе и видел совпадение прежде чем мог его обосновать. Почему так? Почему материальная форма иногда опережает аналитическое рассуждение?
В 2004 году психологи Рольф Ребер, Норберт Шварц и Петр Винкельман предложили теорию процессуальной беглости. Объекты, которые легче воспринимать и обрабатывать, чаще кажутся нам более приятными, убедительными и «правильными». Симметрия, хороший контраст, ясное членение формы — все это снижает когнитивную нагрузку, и мозг переживает эту легкость как красоту. Но та же самая беглость влияет и на суждения об истинности: Ребер и Шварц показали, что люди чаще признают утверждение верным, если оно легко читается, даже когда «легкость» определяется всего лишь контрастностью шрифта.
Эту близость между эстетическим и интеллектуальным переживанием косвенно подтверждают и нейровизуализационные данные: в эксперименте Семира Зеки математики оценивали формулы как красивые или некрасивые, и переживание математической красоты активировало те же зоны мозга, что и реакция на искусство.
Все это не доказывает, что красота ведет к истине, и, более того, эстетическая легкость может обманывать. Красивая модель способна создать иллюзию понимания там, где его нет, а симметричная диаграмма — подтолкнуть к выводу, который не следует из данных. Но в определенных условиях, когда форма не произвольна, а отражает реальную структуру объекта, она способна ускорить распознавание и сделать сложное доступным для анализа.
Как наука вытеснила художников
1840 год. Джон Уильям Дрейпер устанавливает на крыше Нью-Йоркского университета дагеротипный аппарат и двадцать минут держит затвор открытым, направив объектив на Луну. В результате получается мутный силуэт с едва различимыми кратерами. По современным меркам — брак, но научное сообщество было в восторге, потому что это пятно нарисовал не человек, а сам свет.
Фотография не вытеснила художников в одночасье, но она дала аргумент тем, кто давно подозревал их в необъективности. Анатомы к тому моменту уже спорили, чьи атласы точнее: те, где художник идеализирует, или те, где он копирует конкретное тело со всеми дефектами. Ботаники ловили друг друга на том, что иллюстратор «подправил» лепесток, потому что так красивее. Каждый такой скандал подтачивал доверие к человеческой руке.
Сдвиг был не только техническим, но и нормативным: менялось представление о том, каким должен быть добросовестный исследователь. Возникла новая научная добродетель, та, которую Дастон и Галисон называют «механической объективностью». Ее суть в том, что ученый обязан подавлять собственную волю, не вмешиваться и не улучшать.
Фотография стала наиболее убедительным воплощением этой идеи, но параллельно множились другие «слепые свидетели»: кимограф, сейсмограф, спектрометр. Все эти приборы стали эталонами истины не потому, что давали лучшую картинку, поначалу те же фотографии были хуже рисунков, а потому, что в цепочке «явление → запись» не было человека.
Смена парадигмы заняла полвека. В 1840-х фотографию еще воспринимали как подспорье для рисовальщика. В 1860-х атласы выходили с фотоиллюстрациями, но рядом печатали рисунки «для ясности». К 1890-м баланс заметно сместился: даже иллюстрации Геккеля вызывали уже не восхищение, а подозрения. Художников-копиистов объявили пережитком, а их место заняли фотопластинки и валики самописцев. Лозунгом эпохи стало: «Пусть природа рисует себя сама». И природа рисовала. Проблема в том, что рисовала она много и часто нечитаемо.
Кризис объективных данных
Гарвардская обсерватория, рубеж веков. Ученые начинают собирать архив стеклянных фотопластинок ночного неба, который в итоге разрастется до полумиллиона экземпляров. 170 тонн объективных данных, но рассматривать их, все равно что листать телефонный справочник целой галактики. Тысячи разбросанных по стеклу точек без каких-либо объяснений.
Подобные материалы нуждались в анализе. Так, Генриетта Ливитт, одна из женщин, нанятых для разбора этого архива, день за днем сравнивала пластинки на световом столе и, в конце концов, разглядела закономерность, из которой выросла шкала космических расстояний. Здесь вновь решающим оказался не сам носитель данных, а натренированный человеческий взгляд.
В науке закрепился компромисс: машина фиксирует, эксперт интерпретирует. Дастон и Галисон назвали этот режим «тренированным суждением». Долгое время он работал: машина фиксировала, а эксперт искал в записях значимые структуры. Но во второй половине XX века многие области науки начали производить такие объемы и такие типы данных, которые уже невозможно было просто «увидеть» или интуитивно охватить взглядом. Физика растворилась в многомерных пространствах, биология ушла на невидимый молекулярный уровень, астрономия погрузилась в потоки радиоволн. Ученый оказался отделен от объекта изучения стеной приборов и километрами программного кода.
Возвращение художника
Габриэль Старр предлагает рассматривать эстетическое переживание как состояние, в котором восприятие становится одновременно более сфокусированным и более открытым к сложной, новой или неоднозначной информации. Поэтому, когда науке, утонувшей в нечитаемых данных, снова понадобились практики, умеющие превращать сложность в воспринимаемую форму, одним из таких посредников вновь оказался художник.
В 1986 году Джо Дэвис, художник, работавший в генетической лаборатории MIT, взял древнегерманскую руну ᛉ — «жизнь» — и перевел ее в последовательность нуклеотидов. Потом вставил эту последовательность в живую кишечную палочку. Бактерия росла, делилась, и каждая дочерняя клетка несла в себе закодированный символ. Дэвис назвал проект Microvenus. Руна напоминала стилизованное женское лоно — это был ответ на пластинку зонда Пионер, на которой NASA отправило в космос изображение обнаженной пары, но женскую анатомию целомудренно стерло. Дэвис решил исправить это на молекулярном уровне. Генетики, помогавшие ему, сначала смеялись, потом задумались, а потом опубликовали совместную статью. Здесь речь не о прямом аналитическом инструменте, а о другом: художник в лаборатории способен менять саму рамку, в которой задаются вопросы.
Другой путь — работа с тем, что не имеет привычного визуального облика. Британец Люк Джерам создает стеклянные скульптуры вирусов: ВИЧ, Эбола, бактериофаг T4, ковид. Пугающе красивые, и при этом абсолютно прозрачные и бесцветные. И вот тут начинается самое интересное.
Джерам — дальтоник, и именно это заставило его задать вопрос, который вирусологи почему-то не задавали: а какого, собственно, цвета вирус? Правильный ответ: никакого. Размер вируса меньше длины волны видимого света, так что у них физически нет цвета. Все эти кислотно-зеленые шарики с красными шипами из новостных сюжетов — художественный вымысел, раскраска для наглядности, которую часто принимают за реальность. А бесцветное стекло Джерама — один из самых физически честных художественных способов показать, как выглядит вирус. Здесь искусство не иллюстрирует науку, а корректирует массовое заблуждение.
Но что, если зрение вообще не тот инструмент, который нам нужен? Когда визуальный канал перегружен, а паттерны слишком неуловимы для глаза, можно сменить саму модальность восприятия.
Художник Борис Шершенков и нейробиолог Олег Ветровой из Института физиологии им. И. П. Павлова РАН построили «нейрогармониум» — электроакустический спектральный синтезатор. Идея проста: берем спектры распределения белков по массе для разных областей мозга — здорового и пораженного инсультом, ПТСР, ишемией. Обычно эти спектры долго и пристально рассматривают невооруженным взглядом.
Нейрогармониум переводит молекулярные массы белков в частоты звука, а их распределение в тембр. В итоге каждое состояние мозга обретает собственный пронзительный «голос». И что особенно важно: на слух различие между здоровой и патологической тканью заметнее, чем при обычном визуальном сравнении.
Можно возразить: разве переводом данных в воспринимаемую форму не занимается любой хороший дизайнер инфографики? Разумеется, границы здесь размыты, и хороший дизайнер тоже способен поставить под вопрос привычный способ подачи, но в примерах выше повторяется кое-что особенное. Джерам не визуализировал вирус удобнее, он показал, что привычная визуализация лжет. Дэвис не оформил генетические данные, а вписал в них культурный смысл, которого никто не предполагал. Шершенков и Ветров и вовсе сменили модальность целиком. Во всех трех случаях художник не отвечает на заданный вопрос, а пересматривает сам вопрос, именно в этом его специфический вклад.
Пройдя путь от латунных шестерен до стеклянных вирусов и звучащих нейроданных, мы возвращаемся к вопросу, с которого начали. Зачем строгому научному прибору скульптура? Затем же, зачем Максвеллу — глина, Уотсону — металл, а Джераму — стекло. На каждом витке своей истории наука производила знание, которое не помещалось в доступные формы восприятия, и каждый раз нуждалась в тех, кто умеет такие формы создавать. Иногда это были ремесленники, иногда сами ученые, иногда художники. Менялись имена и материалы, но задача оставалась прежней: сделать сложность воспринимаемой, не упростив ее до ложной ясности. Фламандский мастер Гуалтерус Арсениус, который в 1572 году посадил две крошечных фигурки на астролябию, конечно, не мог сформулировать это в таких терминах. Но его атланты до сих пор держат компас.