Текст: ГодЛитературы.РФ
В ушедшем году Политехнический музей, обновившись сам, изрядно обновил свою издательскую программу и совместно с крупнейшими издательствами наладил выпуск собственной серии просветительского нон-фикшна: одной из самых занятных новинок в итоге оказалась изданная в "Альпине" книга Генриха Эрлиха и Сергея Комарова об истории странных научных открытый.
Авторы в основном опирались на наградной список Игнобелевской премии: ее вручают с 1991 года "за достижения, которые заставляют людей сначала засмеяться, а затем задуматься". У нас ее почему-то считают шутовской и даже называют "Шнобелевской", однако у западного научного мира отношение к ней совершенно иное: лауреаты Игнобеля каждый год встречаются в Гарварде, где им вручают премии всамделишные нобелевские лауреаты, а сама церемония, как пишут Эрлих и Комаров, "превращается в веселый капустник, отражающий дух настоящей науки и совершенно не похожий на стокгольмский официоз".
Это, пожалуй, и есть то главное, что авторы хотели бы донести: наука - это прежде всего про безграничную человеческую любознательность, чем про скуку, и несерьезный вопрос от важнейшего открытия порой отделяет буквально один шаг. Чтобы в это поверили и вы, мы предлагаем вам прочитать два отрывка из этой обаятельной книги: про падающие бутерброды и про торжествующую в нашей жизни некомпетентность.
Легко ли плыть в сиропе. Откуда берутся странные научные открытия / Генрих Эрлих, Сергей Комаров. — М.: Альпина нон-фикшн, 2021. 288 с.
Почему бутерброд падает маслом вниз?
Каждый из нас хоть раз в жизни ронял бутерброд на пол и на собственном опыте убедился, что таки да — бутерброд всегда падает маслом вниз. Многие усматривают в этом проявление закона Мерфи: “Если что-то может пойти не так, то это непременно случится”. А сам закон приписывают имманентной зловредности Природы — так она мстит нам, людям, за многовековые издевательства над ней.
Закон Мерфи, конечно, правильный, это подтверждает вся история человечества, но механизмы его проявления непонятны. Прямо скажем, они отдают мистикой, а мистику ученые ненавидят больше всего на свете. Поэтому закону бутерброда — точнее говоря, попыткам его опровержения — посвящено огромное количество исследований.
Экспериментальной проверкой закона бутерброда занимаются любопытствующие обыватели у себя на кухне, школьники посвящают ему свои проекты, иногда в лаборатории переоборудуют студии крупных телекомпаний типа Би-би-си. И все экспериментаторы увлеченно роняют бутерброды на пол, скрупулезно подсчитывая число падений маслом вверх и маслом вниз. Практически все приходят к тому, что вероятность обоих событий одинакова, 50/50, как при подбрасывании монетки. Таким образом, закон бутерброда имеет не физические, а психологические основания. Люди запоминают только неприятный исход, когда же бутерброд падает маслом вверх, они автоматически поднимают его и съедают, руководствуясь эмпирическим правилом пяти секунд: “То, что лежало на полу меньше пяти секунд, не считается упавшим”.
Впрочем, сторонники закона бутерброда с легкостью отметают эти инсинуации. По их мнению, результаты эксперимента служат дополнительным подтверждением закона Мерфи: Природа, глядя на потуги горе-экспериментаторов, нарочно выдает ложный результат, чтобы лишний раз посмеяться над ними. Не ускользают от внимания сторонников закона и методические ошибки при постановке эксперимента: бессмысленно ронять бутерброд на кафельный пол кухни или лаборатории, эксперимент надо проводить в гостиной, устланной ковром, причем дорогим. Чем дороже ковер, тем с большей вероятностью бутерброд упадет маслом вниз. Это надежно установленный экспериментальный факт, добавляют они.
Еще один подход к решению проблемы — сугубо теоретический. Физики анализируют динамику падения бутерброда, включая такие варианты, как падение маслом вверх, упругое отражение от пола, переворот в воздухе на 180° и повторное падение, уже маслом вниз. Существенно, что в качестве модели используют бутерброд в западном стиле: никакой колбасы сверху, слой же масла настолько тонок, что выдает свое присутствие только бóльшим блеском намазанной маслом стороны. Показано, что слой масла вносит вклад в изменение момента инерции бутерброда, а также в асимметрию аэродинамических характеристик двух сторон бутерброда, однако все эти факторы несущественно влияют на вероятность падения маслом вверх или маслом вниз, которая остается примерно 50/50.
Все перевернула статья британского физика-теоретика Роберта Мэтьюса “Падающий тост, закон Мерфи и фундаментальные константы”. Изюминкой работы стало то, что Мэтьюс рассмотрел падение тоста без масла, то есть изначально исключил любую асимметрию, которую привносит в объект слой масла, а также неопределенности, связанные с распределением масла в поверхностном слое тоста. Переводя на физический язык, Мэтьюс описал поведение жесткой, изотропной прямоугольной пластины с массой m, падающей с устойчивой горизонтальной плоскости, находящейся на высоте h. Для инициации падения пластину (тост) медленно сдвигают к краю плоскости (стола), когда центр тяжести пластины выдвигается за край плоскости, пластина заваливается вниз и падает на пол. Для простоты описания Мэтьюс исключил вторичные эффекты типа упругого отражения от пола — как упало, так и упало.
Анализ уравнений движения показал: при таком падении пластина вращается вокруг своей оси, что полностью соответствует нашему житейскому опыту. При высоте падения в 90– 150 см пластина успевает осуществить оборот на 180°, то есть бутерброд, который, естественно, лежит на столе маслом вверх, при падении с неизбежностью переворачивается маслом вниз. Результат падения сильно зависит от скорости движения пластины по плоскости перед падением. Если эта скорость достаточно высока, то пластина отрывается от стола, как прыгун с трамплина, и планирует вниз, практически не переворачиваясь. То есть все зависит от начальных условий — от высоты стола и скорости движения по плоскости.
Возможно, это объясняет обескураживающие результаты экспериментальной проверки закона бутерброда. Все дело в методике! Если подбрасывать бутерброд как монетку или просто выпускать его из рук, то падение маслом вверх или маслом вниз становится равновероятным. Но ведь в реальности дело обстоит обычно не так. Бутерброд медленно соскальзывает со стола после чьего-то неловкого движения или с блюда зазевавшегося официанта, и вот тут-то он, скорее всего, упадет маслом вниз.
Через несколько лет после выхода статьи Мэтьюс проверил свои теоретические построения в трех сериях прямых экспериментов, которые выполнили тысячи британских школьников в различных регионах Великобритании. Школьники все делали правильно, как доктор Мэтьюс прописал: медленно сдвигали бутерброды к краю стола и наблюдали за их падением. В итоге 62% попыток закончилось падением бутерброда маслом вниз, 38% — маслом вверх. Разница в полтора раза — при такой большой статистике это значимый результат. Тут есть о чем задуматься. Но вернемся к основополагающей статье. Для того чтобы бутерброд упал маслом вниз, высота падения должна составлять 0,9–1,5 м. Эти величины коррелируют с ростом человека, который определяет комфортную высоту обеденного стола или высоту, на которой находится блюдо с бутербродами в руках официанта. Но почему рост человека именно такой, какой он есть? Почему для подавляющего большинства людей он укладывается в интервал 1,5–2 м? И может ли человек быть ростом со слона или, бери выше, с жирафа?
В 1980 году американский астрофизик Уильям Пресс опубликовал статью “Размеры человека в свете фундаментальных констант”, где все разложил по полочкам. Двуногие существа (люди) менее устойчивы, чем четвероногие (слон, жираф) и тем более сороканогие. Люди слишком легко падают и при этом больно ударяются головой о землю, камень, асфальт и прочие твердые объекты. Пресс рассчитал силу удара, связал ее с прочностью черепа и получил результат: человек ростом три метра, упав на твердую поверхность, обязательно размозжит голову и умрет. “Фатальная” формула включает основные фундаментальные константы: константу электромагнитного взаимодействия, гравитационную постоянную и радиус Бора. Именно они ставят предел физическому росту человека.
Следуя этой логике, Роберт Мэтьюс сделал вывод: закон бутерброда напрямую вытекает из фундаментальных констант и его можно с полным правом называть законом Природы. Особо радует в этом выводе то, что гипотетическая зловредность Природы, на которую мы намекали в самом начале, никак не связана с человеком, просто она такой уродилась.
Мы подозреваем, что именно глобальность вывода склонила чашу весов Игнобелевского комитета в пользу работы Роберта Мэтьюса, что принесло ему премию по физике за 1996 год.
Лишь один момент в этой истории остался для нас непроясненным. Статья Мэтьюса поступила в редакцию журнала 31 марта, накануне международного Дня дураков. Это случайно или как?
Другое направление человеческой мысли, связанное с падающими бутербродами, посвящено изучению правила пяти секунд. Оно гласит: если упавшая на пол еда пролежала там менее пяти секунд, то есть ее безопасно. Одно из первых исследований, посвященных проверке этого правила, даже принесло своему автору — Джилиан Кларк, студентке Чикагской высшей школы сельскохозяйственных исследований — Игнобелевскую премию 2004 года в области общественного здоровья.
Экспериментальной проверке правила пяти секунд она посвятила свою летнюю практику. Сама же идея, что можно употреблять в пищу еду, пролежавшую на полу какое-то время, известна очень давно. По мнению самой Джилиан Кларк, она восходит к Великой ясе Чингисхана, который определил этот срок аж в двенадцать часов.
Готовясь к проведению задуманного эксперимента, Кларк для начала проверила наличие микрофлоры на полу в студенческом общежитии. И тут ее ждало фиаско: как ни странно, бактерий на сухом полу практически не оказалось. Более того, там даже спор не было. Судя по всему, в студенческом общежитии выживают только сами студенты. Так что прямой эксперимент с едой, упавшей на пол, поставить не удалось и пришлось, как это принято при основании научного направления, обойтись модельными опытами. Кларк купила в магазине кафельные плитки, заселила их кишечной палочкой и уже на такую подготовленную поверхность роняла выпечку и сладости, через пять секунд поднимала образцы и затем исследовала под электронным микроскопом. Оказалось, что кишечным палочкам вполне достаточно этого времени для освоения поверхности продуктов. При этом с гладкой плитки их переселялось больше, чем с шершавой. То есть правило пяти секунд было опровергнуто.
Следующим был коллектив авторов из Университета Клемсона в Северной Каролине в 2006 году. Они капали на пол, предварительно обработанный препаратом с сальмонеллой, соус для спагетти болоньезе и спустя пять секунд выдержки смотрели, сколько бактерий в нем оказалось. Плитка была наименее дружественной к еде: с нее в соус переползло 99% бактерий, с ковра — менее 0,5%, с деревянного же паркета — 5–68%. Авторы отмечают, что даже месячное пребывание на сухом полу не убило всех сальмонелл, намекая, что пищу с пола есть ни в коем случае нельзя. В отличие от первозакрывательницы эффекта Джилиан Кларк, им удалось опубликовать статью в рецензируемом “Журнале прикладной микробиологии”.
В том же году двое студентов Коннектикутского колледжа решили рискнуть и перейти от моделей к практике: они кидали конфеты и ломтики яблока на пол непосредственно в студенческой столовой и в закусочной. Результаты расходились с модельными данными: бактерии в заметном количестве появлялись на еде лишь спустя полминуты. Видимо, полы в их колледже столь же чисты, как и в общежитии, где свои исследования проводила Кларк.
О самом свежем из известных нам исследований в этой области рассказало агентство AlphaGalileo 10 марта 2014 года: молодые британские ученые из Астонского университета кидали на пол бутерброды, пиццу, печенье и леденцы, а затем смотрели, сколько на них оказалось кишечных палочек и золотистых стафилококков. В целом их результаты совпали с данными северокаролинских исследователей: бактерии с коврового покрытия проникали на еду хуже всего. Но даже с ламината или плитки и даже на влажную еду бактерии перебирались более пяти секунд.
Конечно, отмечают авторы исследования, всегда надо помнить, что на любом подобранном с пола куске будет сколько-то бактерий. Но поговорка “быстро поднятое не считается упавшим” все-таки имеет научное обоснование, полученное опытными бутербродоведами.
Торжество некомпетентности
Одни из самых популярных слов в наше время — “компетентность” и “самооценка”. Первой озабочены преимущественно руководители, которые требуют компетентности от своих подчиненных, как имеющихся, так и потенциальных. Самооценка беспокоит всех, особенно тех, кто проштудировал руководства типа “Как добиться успеха в жизни и бизнесе”.
Есть ли связь между этими понятиями? На первый взгляд, зависимость прямая: чем выше компетентность, то есть знания и умения человека, тем выше должна быть его самооценка. С другой стороны, все мы встречали в жизни людей с огромным самомнением, ни на чем, как нам кажется, не основанным, и, наоборот, постоянно сомневающихся и неуверенных в себе профессионалов. Это что — исключение из правила или правило, опровергающее наше прямолинейное предположение?
Разобраться в этом вопросе на строгой научной основе попытались психологи Дэвид Даннинг и Джастин Крюгер из Корнеллского университета. Объектом исследования были студенты-гуманитарии младших курсов, привлеченные обещанием дополнительных баллов за выполнение учебного плана или денежного вознаграждения в размере пяти долларов. Это обеспечило достаточно большую выборку — около ста человек на каждой стадии эксперимента.
Оценивали три важнейшие характеристики человека — его чувство юмора, грамотность и способность к логическому мышлению. С первым количественным параметром — самооценкой — дело обстоит довольно просто. Подопытные сами оценивали свое чувство юмора, грамотность или логичность своего мышления в процентах по шкале от 0 (“полный ноль”) до 100 (“лучше некуда”). Здесь был получен первый важный результат — средняя самооценка составила 60–70%, что значимо отличается от “объективного” среднего значения 50%. Людям свойственно оценивать себя “выше среднего”, что достигается не только завышением собственной оценки, но и занижением оценок окружающих, а в результате и получается то самое среднее.
Со вторым количественным параметром — компетентностью — все намного сложнее. Как, например, оценить чувство юмора? Исследователи пошли таким путем. Они отобрали 30 шуток, популярных в Северной Америке, а компетентное жюри в составе восьми комиков и авторов комедий оценили их по шкале от 1 (“а что это было?”) до 11 (“обхохочешься”). В результате получили рейтинг шуток. Затем те же шутки попросили оценить участников эксперимента. По степени совпадения этих оценок с “профессиональным” рейтингом рассчитывали чувство юмора подопытного.
Разброс в полученных значениях был огромным. Оценки четверти участников практически совпали с мнением “профессионального” жюри, в среднем на 90%, тогда как еще у одной четверти участников степень совпадения составила в среднем 12%, что было интерпретировано как отсутствие чувства юмора. Но вот что интересно: последние оценивали свое чувство юмора в 58%, “выше среднего”, то есть многократно завышали самооценку. А люди, обладающие отличным чувством юмора, наоборот, ее занижали (их самооценка составила 75%).
Чувство юмора — вещь очень тонкая. Оценки семи из восьми членов профессионального жюри более-менее совпали между собой, что и позволило составить вышеозначенный рейтинг, но мнение восьмого члена жюри было настолько перпендикулярно мнению остальных, что его оценки (вместе с ним самим) пришлось исключить.
Грамотность — вещь более определенная, о правильности написания слова “карова” альтернативных мнений быть не может. Исследователи не решились на проведение всеамериканского диктанта, а пошли путем нашего ЕГЭ, списанного, впрочем, с американского. Итак, участникам предложили 20 текстов, в которых были отмечены словосочетания, которые надо было оценить по их соответствию правилам американского английского. Если участник считал, что словосочетание некорректно, он мог выбрать замену из прилагаемого списка, состоящего из четырех возможных вариантов. И вот что из этого вышло. Опять выявилась группа грамотеев, четверть всех участников, которые дали правильные ответы в среднем на 89% вопросов, и группа безнадежных двоечников, четверть всех участников, которые угадали только 10% правильных ответов. Но самооценка обеих групп практически не различалась — 72% и 66%, то есть опять компетентные занижали свою оценку (на 17%), а некомпетентные ее завышали, причем многократно. Еще один любопытный штрих: участников сразу после проведения теста попросили спрогнозировать будущую отметку. “Все о’кей! — ответили двоечники. — Результат будет чуть ниже самооценки нашей грамотности (не наш день!), но в любом случае выше среднего”.
Такое отсутствие критического мышления у безнадежных двоечников настолько заинтересовало исследователей, что они провели дополнительное испытание. Участникам показали работы сокурсников, попросили оценить и заодно указать, как этот сравнительный анализ повлиял на самооценку собственной грамотности и результатов теста. Отличники отреагировали адекватно: они на 5% повысили самооценку и на 10% результат теста, но при этом все равно не дотянули до фактических результатов, скромняги. А двоечникам — как с гуся вода. Самооценка осталась на прежнем уровне — выше среднего, а прогноз отметки за тест даже вырос. Они не видели свои ошибки!
Возможно, двоечники не в ладах с логикой, предположили исследователи и провели очередное испытание, на другой группе студентов-первокурсников. Им предложили 20 логических задач из стандартного сборника тестов для юридических школ, то есть очень простых. Были получены те же результаты, что и при испытании грамотности: двоечники многократно завышают свою самооценку, отличники — занижают, прогноз результатов теста по всем группам чуть ниже самооценки, но все равно — “выше среднего”. Тогда исследователи решили провести для студентов небольшой тренинг по решению логических задач, а затем повторили контрольное испытание. Показанные участниками результаты закономерно выросли, причем, как нетрудно догадаться, наиболее значимо в группе двоечников. Но вот что любопытно: их самооценка после тренинга несколько упала — видимо, до некоторых все же дошло, как мало они знают. Отличники, наоборот, после тренинга повысили свою самооценку, хотя она все равно не достигла показанных ими фактических результатов.
И вот какой из всего этого следует глобальный вывод. Малокомпетентные люди мало того что не способны оценить свою ущербность и многократно преувеличивают свои знания и умения, они еще и не способны распознать высокий уровень компетентности других. Люди же знающие могут оценить уровень других, но они все время и во всем сомневаются, в первую очередь в оценке своей собственной компетентности, которую беспощадно занижают. Кто выигрывает в споре двух этих групп граждан, мы с вами прекрасно знаем. Торжествует некомпетентность — самодовольная, безапелляционная и ни в чем не сомневающаяся.
Даннинг и Крюгер в своей статье пытаются проследить истоки завышенной самооценки, столь характерной для современного общества. Одну из причин они видят в отсутствии обратной связи, в адекватной реакции окружающих на поведение детей и подростков. И двойки им ставить нельзя (а ну как расстроятся!), и замечания им делать нельзя (а ну как обидятся!), и вообще говорить им надо вещи только исключительно приятные им, чтобы ни в коем случае не подорвать их уверенность в своих силах. Спору нет, когда нас гладят по шерстке, это повышает нашу самооценку и невольно закрадывается мыслишка: а зачем что-то еще делать, если я и так замечательный, и зачем учиться, если я и так все знаю. “Невежество чаще рождает уверенность, чем знание”. Это кто ж такое сказанул? Дарвин? А кто такой Дарвин?
В 2000 году Дэвиду Даннингу и Джастину Крюгеру была присуждена Игнобелевская премия по психологии, а открытая ими обратная зависимость между компетентностью и самооценкой вошла в энциклопедии, включая “Википедию” (см. эффект Даннинга — Крюгера). Все по-взрослому, никаких шуток.