Неочевидные ассоциации: как опыт и экспертность делают знания «невидимыми»
Мало какая молекула столь же узнаваема для широкой публики, как двойная спираль ДНК. Извивающаяся «лестница» стала знаком триумфа научного понимания самой жизни, и сейчас ее можно увидеть где угодно — от логотипов компаний до рекламных кинопостеров. Учитывая всю эту известность, трудно по-настоящему поверить в то, что еще в 1950 году никто не знал, как она выглядит. Изображение спирали ДНК и влияние, которое оно оказало на наше понимание самих себя, стало во многом заслугой отважной рентгенографа-кристаллографа Розалинд Франклин. Хотя поначалу вклад этой женщины был проигнорирован, именно ее фотографии помогли раскрыть тайну самой известной молекулы в мире.
Рентгеновская кристаллография дает довольно своеобразную картинку. Полученные изображения — это не свет, отраженный от предмета (например, от тарелки с фруктами в случае с натюрмортом), и не силуэты, отбрасываемые рентгеновскими лучами при снимке сломанной кости, как тень. Эти изображения создаются с помощью квантово-механического принципа дифракции. Дело в том, что рентгеновские лучи, как и любой свет, состоят из волн, и когда те ударяются во что-то, например атомы в кристалле, то разлетаются во всех направлениях. Подобно кругам от брошенных в воду камней, волны из разных источников распространяются вовне и в конце концов пересекаются. В некоторых местах, где гребень одной волны встречается с гребнем другой, они усиливаются, в других, где гребень наталкивается на впадину, нейтрализуют друг друга. Например, если осветить кристалл, то большинство волн нейтрализуют друг друга — за исключением тех, которые в точности соответствуют расположению атомов внутри. Поставив на пути этих волн фоточувствительную пленку, можно определить структуру молекулы, давшей ту или иную картинку. Расшифровка такого изображения требует не только детального понимания теории дифракции, но и практического опыта, необходимого для получения четких снимков непослушных материалов.
Именно таким экспертом была Розалинд Франклин. Она получила образование физического химика в Кембриджском университете и освоила технику рентгеновской кристаллографии, проведя революционные исследования кристаллической решетки угля. Ее работа помогла узнать, почему некоторые кусочки угля при нагревании распадаются на графит, а другие — нет. Эта тема была далека от биологии, но имела важное применение в промышленности и давала отличную практику применения кристаллографических техник (уголь — не идеальный кристалл, поскольку примеси и неправильности в строении затрудняют интерпретацию снимков).
Затем Франклин пригласили в Королевский колледж Лондона для изучения самой загадочной молекулы в биологии: ДНК.
Сделать снимок подобной структуры довольно непросто. Во-первых, живые молекулы влажные. ДНК существует в двух кристаллических формах: компактной A-форме и слегка растянутой B-форме, и от влажности образца зависит то, какая из них будет превалировать. Первые фотографии ДНК оказались смазанными, потому что образец переходил из одной формы в другую прямо во время долгого процесса съемки. Для получения хорошего снимка требовался достаточно «послушный» образец, а для этого приходилось измельчать органы животных, очищая затем полученные экстракты. Но хотя наука ценит точность, процессы создания пригодных образцов были понятны не до конца. Рудольф Зигнер, швейцарский химик, открыл методику, при которой молекулы почти не разрушались — или, как выражаются ученые, образцы имели «большой молекулярный вес». «Настоящие аристократы!» — заметил Морис Уилкинс, еще один ученый, работавший с ДНК, имея в виду высокое качество образцов Зигнера. Хотя эта молекула содержится буквально в каждой живой клетке на планете, тот стал практически монопольным производителем пригодных для работы образцов. Чтобы получить хорошие снимки, нужно было осторожно «потянуть» за нити ДНК, использовать ряд растворов соли для поддержки идеальной влажности и облучать их рентгеновскими лучами с выдержкой 100 и более часов.
Снимки, полученные Франклин, оказались потрясающими. Британский кристаллограф Джон Бернал отметил, что они «относятся к лучшим из когда-либо сделанных рентгеновских фотографий какого-либо вещества»3. Экспериментаторские навыки ученой были подкреплены еще и глубокими теоретическими познаниями. Когда Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик показали ей свою первую модель, с тремя фосфатными опорами внутри и основаниями, торчащими наружу, она сразу же поняла, что в ней не так: там было слишком мало воды, а ионы натрия, которые они расположили снаружи, оказались связаны ее молекулами и не могли прикрепляться так, как та предсказывала. Позже, когда к «гонке ДНК» присоединился всемирно известный химик Лайнус Полинг, предложивший похожую трехцепочечную модель, Франклин без обиняков написала прославленному гению, чтобы указать на ошибку. Полученные снимки помогли ей понять, что фосфаты должны находиться снаружи, а основания — внутри. Многие месяцы она вместе со своим ассистентом Рэймондом Гослингом делала новые и новые снимки ДНК-форм A и B, все точнее определяя атомную структуру.
В конце концов загадку первыми разрешили Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик. То был печально знаменитый момент в истории науки: ученые воспользовались рентгеновскими фотографиями Франклин без ее ведома и согласия. Без этих фотографий дуэту, возможно, и не удалось бы продвинуться дальше своей ошибочной трехцепочечной модели, а будь у Франклин еще несколько месяцев на анализ собственных данных, возможно, именно она бы открыла верную структуру. В 1962 году Уотсону и Крику вручили Нобелевскую премию, но Франклин до нее не дожила — скончалась от рака четырьмя годами ранее. Пусть она так и не получила высочайшую награду науки — «Нобелевку» посмертно не вручают, — ее работа сейчас признается важнейшим шагом к разгадке одного из величайших секретов жизни.
Что такое вообще экспертная компетентность?
Как Франклин с первого же взгляда поняла, что первая модель ДНК, предложенная Уотсоном и Криком, не может быть правильной? Почему она сразу догадалась, как правильно подготовить хрупкие волокна, хотя никогда раньше не имела дела с этой молекулой? И более того, как Уотсон и Крик, лишь на мгновение увидевшие рентгеновский дифракционный снимок Франклин, сумели не только понять общую форму структуры, но и отбросить достаточно других вариантов, чтобы прийти к правильному ответу? Науку часто считают вершиной рациональности, а ученых — жрецами, которые открывают природу мира посредством чистых рассуждений, без каких-либо сантиментов и интуиции. Тем не менее примеры их работы опровергают эту философию. Интуиция играет в анналах великих открытий как минимум такую же важную роль, как и целенаправленное применение научного метода.
Венгерский философ и химик Майкл Полани ввел термин «негласные знания»: это вещи, которые мы знаем, но не можем объяснить, как и почему. Наука, по его мнению, основана на невыразимых ноу-хау в такой же степени, как и на явных рассуждениях. Образу беспристрастного исследователя Полани противопоставил собственный взгляд: наука неразрывно связана с личными убеждениями конкретного ученого. Из нее невозможно убрать негласные знания, а попытка избавить ее от интуитивного фундамента лишь разрушит то, что философы надеются защитить.
Математик и физик Анри Пуанкаре тоже говорил о важности интуиции для совершения великих открытий. В книге Science et méthode (1908) он писал: стерильные сочетания даже не появляются в уме изобретателя. Нигде в поле его сознания не возникают мысли, которые не были бы по-настоящему полезными, за исключением тех, которые он отвергает, но которые до определенной степени все же имеют свойства полезных. Все идет так, словно изобретатель — это экзаменатор второго уровня, принимающий экзамен только у кандидатов, сдавших первый.
Если анахронистичным образом перевести это на язык Герберта Саймона и Аллена Ньюэлла, то можно сказать, что Пуанкаре заявил следующее: мышление эксперта — это не поиски на большом, случайно выбранном участке задачного пространства; хорошие идеи возникают автоматически, и исходные догадки эксперта получаются более точными, чем если бы он гадал случайно.
Со времен Полани и Пуанкаре психологам удалось найти немало данных, объясняющих природу компетентности. Ряд теорий поддерживают идею, что эксперты обладают большим объемом негласных знаний, но вот роль интуиции в них различается. Впрочем, ясно одно: в процессе становления экспертом знания человека нередко пропадают из области сознания, и правильный ход кажется очевидным и без особых размышлений, даже если сам эксперт не всегда может объяснить, как пришел к выводу.
Гроссмейстеры, пожарные и сила узнавания
Отправной точкой научного исследования экспертной компетентности часто считается работа нидерландского психолога и шахматного мастера Адриана де Гроота. В своей диссертации 1946 года Het denken van den schaker («Мышление шахматиста») он сравнил мышление элитных гроссмейстеров и любителей, практикующихся в клубах по выходным8. Попросив шахматистов озвучивать свои мысли во время обдумывания хода, де Гроот сравнил образ мыслей сильных и слабых игроков. Первая гипотеза состояла в том, что профессионалы умеют думать на много ходов вперед. Их рациональный ум работает на полных оборотах, они погружаются глубоко в задачное пространство и видят возможности, которые даже не приходят в голову любителю. Тем не менее оказалось, что глубина расчетов у шахматистов, опрошенных де Гроотом, практически не отличаетсяi. Можно выдвинуть и другую гипотезу: у сильных игроков просто более мощный интеллект, и они умеют лучше решать любые задачи. Однако исследования показали, что эксперты в любых отраслях, в том числе и гроссмейстеры, обычно не демонстрируют более высоких навыков решения проблем вне своей области компетентности9. Если что-то и отличает гроссмейстеров от «простых смертных», то это не глубина анализа и не острота ума.
Уильям Чейз и Герберт Саймон повторили и расширили работу де Гроота о шахматистах в начале 1970-х10. Они подтвердили его открытие о том, что профессиональные гроссмейстеры не полагаются на более глубокие расчеты. Оказалось, что шахматисты-мастера интуитивно видят лучшие ходы: первые же возможности, которые они рассматривают, оказываются лучше, чем у любителей, — этим и объясняется их преимущество. Чейз и Саймон описали эту интуитивную способность с точки зрения качества памяти. Так, опытные шахматисты, если им показать позицию, которая могла бы возникнуть в реальной партии, смогут быстро восстановить сложный узор. Новички, напротив, помнят положение неточно. А вот если фигуры стоят на доске как попало, то результат мастеров оказывается не лучше, чем у новичков. Повышенная способность к вспоминанию впервые была задокументирована у шахматистов, но сейчас стало ясно, что это практически повсеместно распространенная черта любых экспертов. Специалисты в медицине, программировании, электронной технике, спорте и музыке хорошо запоминают встречающиеся в их областях естественные шаблоны, но их преимущество заметно снижается, когда та же самая информация представляется в формате, нетипичном для их дисциплины.
Еще одной характерной чертой гроссмейстеров, с которыми работали Чейз и Саймон, стал порядок расстановки фигур. Сильные шахматисты расставляли важные сочетания, делая паузы между каждым из них. Мастер мог, например, в первую очередь вспомнить, что на доске стоял конь, сделавший вилку на две ладьи, или что черные выполнили длинную рокировку. Ученые предположили, что профессионалы лучше умеют вспоминать игровые позиции, потому что воспринимают шахматную доску как совокупность важных сочетаний фигур. Новички, не владеющие этими шаблонами, видят просто шахматы, расставленные на произвольных позициях, поэтому вынуждены перебирать в памяти сразу все оставшиеся фигуры. Интуиция, по словам Саймона, это «не больше и не меньше, чем узнавание». Эксперт, сохранивший в памяти огромное количество схем, замечает, что позиция похожа на ту, которую он уже видел ранее, а потому требует такого же ответа. Это помогает ему избежать долгих поисков среди различных вариантов.
Психолог Гэри Кляйн, который в рамках полевых исследований общался с опытными пожарными, обнаружил, что и они тоже определяют верный курс действий с помощью интуитивного процесса. В горящем здании, когда всем грозит опасность и времени на раздумья нет, очень немногие борцы с огнем действуют так, как им предписывают формальные модели принятия решений: они не рассматривают разные варианты, взвешивают за и против и только потом действуют. По словам Кляйна, эксперты в реальности используют процесс, который он назвал «решения, подготовленные узнаванием». Если ситуация соответствует типовой, содержащейся в памяти, то пожарный сразу же выбирает первый пришедший на ум вариант. И только если обнаруживаются факторы, указывающие на нетипичность происходящего, начинается более интенсивный процесс решения задач. Продолжая традицию исследований экспертной компетентности, Кляйн тоже провел эксперимент с участием шахматистов и обнаружил, что первый приходящий им в голову ход зачастую оказывается намного лучше, чем при случайном выборе, и нередко становится лучшим в позиции, даже если у игрока есть много времени на обдумывание разных вариантов. Пятикратный чемпион мира по шахматам Магнус Карлсен согласился с этим; в одном из интервью он объяснил: «Обычно я понимаю, что нужно делать, уже через десять секунд; все остальное — только проверка. — А затем добавил: — Часто я не могу объяснить того или иного хода, просто знаю, что он кажется правильным, и моя интуиция чаще всего оказывается права». Как и отмечал Пуанкаре, интуитивные догадки намного более точные, чем тыканье пальцем в небо.
Значит ли это, что интуиция — просто замаскированная память? Тогда получается, что эксперты работают хорошо лишь в том случае, когда имеют дело с уже известными им ситуациями — либо такими же, либо похожими, требующими идентичной реакции. Однако это объяснение интуиции не полностью удовлетворительно. Задачное пространство шахмат невероятно огромно: многие ситуации в дебюте и эндшпиле действительно бывают почти одинаковы, но в миттельшпиле опытные игроки часто сталкиваются с позициями, которых еще не видел никто и никогда. Адаптивная экспертная работа требует умения найти хороший ход в присутствии нового сочетания ограничений. И эксперты умеют это — достаточно взглянуть на результаты исследований, в которых шахматные мастера испытывают такие же трудности, как и новички, со вспоминанием нетипичных позиций, но при этом все равно выбирают в них лучшие ходы.
Кроме простого принципа о том, что «интуиция — это узнавание», существует и альтернативный взгляд: согласно ему эксперты вникают в смысл ситуаций, сначала бессознательно создавая несколько конфликтующих представлений об обстоятельствах, которые затем соединяются в одну, самую вероятную интерпретацию. Примером может служить модель «конструирования и интеграции» в чтении, которую разработал Вальтер Кинч. Фраза He met the man at the bank*(«Он встретился с нужным человеком в банке / на берегу реки») сначала активирует оба возможных значения: встреча произошла либо в финансовом учреждении, либо на природе ( В переводе с английского языка слово bank имеет два значения: «банк» и «берег реки». Таким образом, все предложение можно трактовать как «Он встретился с нужным человеком в банке» или «Он встретился с нужным человеком на берегу реки». Прим. ред.)
Затем неверные интерпретации подавляются, так как следующее предложение, They withdrew two hundred dollars («Они сняли двести долларов»), подтверждает, что эти двое встретились все-таки в банке, а не у реки. Согласно исследованиям, в которых измерялось, насколько быстро люди обрабатывают слова вроде river («река») или money («деньги»), в двойственной ситуации в мозге на время активируются оба возможных значения, но неправильное подавляется еще до того, как дойдет до сознательного уровня. Интуиция в данном понимании работает потому, что эксперт знаком с шаблонами. Сначала они дают противоречащие друг другу варианты понимания, но потом, с появлением новых данных, менее вероятные объяснения подавляются. Так, когда возникает необычное сочетание обстоятельств, в итоге получается связный ответ.
Оба описания экспертной компетентности — и «интуиция как узнавание», и более сложный процесс понимания посредством обработки противоречивых интерпретаций, которые конкурируют между собой за то, чтобы добраться до сознания, — учитывают роль негласных знаний. Таким образом, экспертная компетентность начинается с применения формальных правил и процедур, однако со временем они могут вытесняться узнаванием конкретных ситуаций. При этом знания эксперта негласны потому, что он вообще не рассуждает: процесс получения правильного ответа заключается просто во вспоминании. Точно так же обстоит дело и с гипотезой «интуиция как понимание»: знания негласны потому, что паутина из ассоциаций, которые используются для осмысления той или иной ситуации, скрыта от сознательного исследования.