A tudományban rejlő művészet

A természettudományos nevelésnek arra kellene ösztönöznie a diákokat, hogy tárják föl saját belső, alkotó világukat
Robert S. Root-Bernstein
Michigan State University
A cikk eredetileg a The Science 1990 szeptember–októberi számában jelent meg. Magyar fordításban megjelent az USA magazin 1991/71 számában. A szerkesztőség engedélyével közöljük.
természettudomány, kutatás
szóelválasztás

A zene mindig is rendkívül erős hatást gyakorolt a tudósok lelkületére. Joseph-Louis Lagrange, a 18. század nagy matematikusa azt mondta, zeneszó mellett tud a legjobban dolgozni. Albert Einstein a fizika mellett legendásan szeretett hegedülni. Charles Martin Hall, a 19. századi amerikai kémikus kitűnően zongorázott, és a húga szerint mindig a zongorához rohant, ha megoldhatatlan problémával találta szemben magát. Még akkor is, amikor

oly bájjal és érzéssel játszott, – írja a húga –, egyre a munkáján gondolkodott, de a zene miatt tisztábban tudott gondolkodni.

Egyes tudósok túlzottan is izgatónak. találták a zenét. Charles Darwin idős korában nem szívesen járt hangversenyre, mert a zene „túl gyors mozgásra” ösztökélte az elméjét.

Számtalan tudományterület számtalan művelője számolt be arról, hogy gyermekkorában milyen ösztönzést kapott zenekedvelő családjától. Victor F. Weisskopf, a Massachusetts Institute of Technology fizikusa egy interjúban fölidézte, hogyan hallgatta zongorista nagynénje gyakorlását:

Emlékszem, kisfiú koromban ott ültem a zongora alatt, amikor Beethovent játszott, úgy zúdult le rám, mint a vízesés, csak ültem ott a hangok tengerében.

P. F. Scholander svéd fiziológus szinte ugyanilyen élményről számol be:

Mind a zenében, mind a tudományban az érzelmek mindig fontos részét alkották az életemnek. Kisfiú koromban mindig bemásztam az anyám Steinway-je alá, amikor gyakorolt, ott fuldokoltam Bach, Grieg, Sinding zenéjének érzelemhullámaiban.

Persze attól, hogy valaki gyerekkorában a zongora alá ül, a későbbiekben még nem lesz nagy tudós. Mégis, mi van a zenében, ami ennyire inspirál? Miért jár kart karba öltve a muzsika és a tudomány múzsája? Ezek a gondolatok kavarogtak az agyamban nemrégen, amikor Lorin Hollander zongorázását hallgattam. Egy tucatnyi tudós és művész társaságában ültem, akiket a tehetségnevelést támogató társaság (Society for the Advancement of Gifted Education) és a Columbia University tanári kollégiuma hozott össze. Az volt a feladatunk, hogy megvitassuk egy izraeli középiskola tantervét, ahol egységben tanítanák a művészeteket és a természettudományokat. Az iskola szándéka szerint nem csak tudósokat akar nevelni (mint például a New York-i Bronx High School of Science), és nem is csak képzőművészeket vagy zenészeket (mint például a szintén New York-i Fiorello H. LaGuardia High School of the Performing Arts), hanem mindkét területen szeretne ismereteket és képességeket adni a diákjainak.

Miközben Hollander muzsikálását élveztem, eltűnődtem ennek a bevallottan nem mindennapi vállalkozásnak az egyszerű és ésszerű magyarázatán. Az iskola szervezőinek az a meggyőződése, hogy korunk globális kérdéseivel csak olyan emberfők tudnak megbirkózni, akik számos terület ismereteit és problémamegoldó módszereit egyesítik magukban. A szimpóziumon ülő kollégáim kétkedőbbek voltak. Értelmes-e az olyan oktatási program, amely ténylegesen integrálni akarja a művészetet és a tudományt? Honnan lehet tudni, hogy működőképes? És ha működőképes, eddig miért nem valósította meg senki? Annak a néhány embernek a mentalitását, akik mind a tudományban, mind a művészetben kiválóak voltak, át lehet-e adni akár csak a legválogatottabb elitnek is, a többségről nem is beszélve? Hollander játékának bűvöletében hirtelen fölvillant előttem, hogyan lehetne megközelíteni célunkat.

Valaminek az alkotó megértése, legyen szó akár művészetről, akár történelemről, akár zenéről, akár természettudományról, nem tisztán értelmi folyamat, hanem érzéki és érzelmi is. A mélyreható felismerést – minden területen – rendszerint intenzív testi és lelki érzések kísérik, melyek gyakran akusztikai, kinesztéziai vagy vizuális formát öltenek. Ezeket az érzéseket nem lehet elválasztani magának a felfedezésnek a folyamatától. Az értelem nem tud a teljes személyiség elkötelezett részvétele nélkül működni, és a tudomány igazán az érzékeny, érzelemgazdag emberi elme talaján virágozhat ki.

Talán furcsán hangzik az, hogy a tudós ugyanúgy a teljes személyiségével vesz részt az alkotásban, mint a művész – írta Jacob Bronowski matematikus és költő –, ám ezen a téren a tudós és a szakember között körülbelül olyan a viszony, mint a művész és az iparos között.

A jelek szerint a legszínvonalasabb tudomány az analitikus gondolkodás és az esztétikai érzékenység kombinációjából születik; ezt a kombinációt érzéki tudománynak nevezhetnénk. A tanterv összeállítóinak – tűnődtem magamban a teljes személyiségnek az alkotó folyamatban való részvételét kell figyelembe venniük, és a nevelőknek ezt kell átadniuk.

Az érzéki tudomány fogalma egyesek szemében talán furcsának, sőt szentségtörőnek rémlik. A hétköznapi elképzelés szerint a tudós nem más, mint logikai tényfeltáró gépezet. Empirikus megfigyelések alapján hipotéziseket állít föl, majd ellenőrzi őket, és egyértelmű következtetéssel eljut a megoldáshoz. Még azt is lehetne mondani, hogy a tudomány elsődleges célja éppen a személyes, intuitív vagy más módon szubjektív prekoncepciók kiküszöbölése, a világ elfogulatlan, tárgyilagos elemzése. A tudománynak ez a felfogása azonban csak a felismerések közlésére, átadására koncentrál, és nem vesz tudomást arról a folyamatról, amelyben megszületnek a felismerések.

Michael Polanyi fizikus és filozófus szerint a megértés a „személyes megismeréssel” kezdődik, azzal, hogy az ember szellemileg ki tudja terjeszteni, bele tudja vetíteni magát a vizsgálat tárgyába. A vizsgálat tárgya ekkor már nem külső tárgy; a képzelet segítségével a megfigyelő azonosul a tárggyal, bentről szemléli. Talán a legismertebb példa erre Einstein gondolatkísérlete, amelyet a kollégájának Jacques Hadamard-nak küldött levelébe írt le:

A fizikai entitások, amelyek a jelek szerint a gondolkodás elemeit alkotják bizonyos jelzések, illetve többé-kevésbé tiszta képzetek, amelyeket az ember [tetszőlegesen] reprodukálhat és kombinálhat.

Amikor Einstein azon gondolkodott, hogy milyen hatást gyakorolhat a gravitáció az időre, beleképzelte magát egy zuhanó liftbe, ahol egy fénysugár verődik oda-vissza a szemközti falakról. Amikor a speciális relativitáselmélettel foglalkozott, elképzelte, hogyan festhet egy mozgó fénysugár, amikor az ember fénysebességgel iramodik utána. Ezekben a kinesztéziás, tehát mozgás- és izomérzéssel járó gondolati modellekben tehát Einstein aktív résztvevő volt. Az ilyen „személyes megismerés” révén a relativitáselmélet legbonyolultabb következményeit tudta elemezni.

Einstein jól dokumentált példáját leszámítva azonban úgy látszik ez a módszer egyáltalán nem mindennapos. Hadamard A matematikai invenció pszichológiája (The Psychology of Invention in the Mathematical Field) című műben megemlíti, hogy a vizsgált matematikusok esetében gyakoriak voltak a vizuális képzetek, ám a kinesztéziás érzések és auditív impressziók már nem. Hasonló megállapítást tesz Anne Roe pszichológus, aki a II. világháború után a biológusok és fizikusok első átfogó pszichológiai vizsgálatát végezte. A Miből lesz a tudós? (The Making of a Scientist) című művében megjegyzi, hogy a megkérdezetteknek majdnem a fele konkrét vizuális képzeteket használt a munkája során, arról azonban egyikük sem számolt be, hogy rendszeresen a kinesztéziás gondolkodáshoz folyamodott volna. A University of Californiá-n végzett vizsgálatban, amelynek az irányításában közreműködtem, 40 tudósból mindössze négy gondolkodott kinesztéziásan, ők is csak ritkán. A sors fintora, hogy Einstein kinesztéziás gondolkodási mechanizmusa a jelek szerint többnyire nem áll rendelkezésére azoknak a fizikusoknak és tanítványaiknak, akik meg akarják érteni Einstein eredményeit.

Mindazonáltal számos jeles tudósban feltűnően megvan a képesség, hogy azonosulni tud a vizsgálat tárgyával. A képzelet révén a tudományos kutatás olyan dráma lesz, amelyben a tudós játssza a főszerepet. Cyril Stanley Smith, aki a II. világháború alatt a Los Alamos-i atombombaprogram metallurgiai munkálatait irányította, egy barátjának írt levelében a fölfedezés folyamatának egyik legrészletesebb leírásával szolgál. A különböző ötvözetek kifejlesztése során, írja, kialakult benne

egy érzés, hogy miként viselkednék, ha egy bizonyos ötvözet volnék, éreztem a keménységet, lágyságot, vezetőképességet, olvaszthatóságot, alakíthatóságot és ridegséget – mindezt valami furcsán belső, a szó szoros értelmében érzéki módon – már azelőtt, hogy érzékszervi kapcsolatba kerültem volna az ötvözettel […] Tulajdonképpen a határfelületekkel végzett egész munkám kiindulása egyfelől egy esztétikai érzés, a kiegyensúlyozott struktúra érzete, másfelől egy izomérzés, az egymásnak feszülő határfelületek érzése volt!

A tudományos terminológia alkalmazása, írta, csak másodlagos volt az érzéki föltáráshoz képest:

A felfedezés teljességgel az érzéki stádiumban zajlott, a matematika csak ahhoz kellett, hogy másokkal kommunikálhassak. Talán mindig is ilyen a felfedezés.

Talán csakugyan. Stanislaw M. Ulam amerikai matematikus azt írta, hogy

nem számokkal és jelekkel, hanem szinte tapintható érzések és logika révén próbálkozik

a számításokkal. Hasonlóképpen Hannes Alfvén, a Nobel-díjas svéd fizikus arról számolt be, hogy nem az elméleteken töri a fejét, hanem inkább

felül minden egyes elektronra és ionra, megpróbálja elképzelni, milyen lehet a világ a részecske nézőpontjából, milyen erők taszítják jobbra vagy balra.

Számos biológus hasonlóan antropomorf módon folytatja a kutatásait. Barbara McClintlock Nobel-díjas genetikus annak tulajdonította forradalmi fölfedezéseit, hogy szokatlanul jól tudja „érezni az organizmust”. Ugyanígy Charles Scott Sherrington angol neurológus is fölidézi a személyes megismerést, amikor Santiago Ramón y Cajalról, a Nobel-díjas neuroanatómusról ír:

Úgy kezelte a mikroszkopikus világot, mintha eleven volna, mintha hozzánk hasonlóan érző, cselekvő, reménykedő, igyekvő lények népesítenék be… Úgy látta a spermasejteket, mintha valami szenvedély hajtaná őket, hogy a vetélytársaikat megelőzve hatoljanak be a petesejtbe.

Amikor őt hallgattam, – jegyzi meg Sherrington –, fölmerült bennem a kérdés, hogy ez az antropomorfizálási képesség vajon nem részese-e kutatói sikerének.

Annyira fontos ez a megközelítés, hogy a szintén Nobel-díjas Joshua Lederberg megállapítása szerint

minden tudósnak szüksége van arra a képességre, hogy magára öltse valamely folyamat elemeinek leglényegesebb tulajdonságait, arra a képességre, hogy beleképzelje magát a biológiai szituációba; nekem a szó szoros értelmében át kellett gondolnom, hogy milyen volna, ha én volnék a baktérium kromoszómájának egyik kémiai csoportja. Meg kellett próbálnom megérteni, milyen a környezetem, megérteni, pontosan hol vagyok, mikor kell egy bizonyos módon funkcionálnom, és így tovább.

Más szóval, állítja Lederberg, a tudósnak nagyjából ugyanazokra a képességekre van szüksége, mint az elsőrangú drámaírónak, regényírónak, színésznek. Nem elég fölvázolni a természeti folyamatok cselekményét, jelmezt adni a szereplőkre és a szájukba adni a mondataikat; életre is kell kelteni őket. Csak az érzéki képzelet tud életet lehelni azokba a steril, élettelen szimbólumokba és szavakba, amelyekkel a tudósok kénytelenek másoknak átadni fölismeréseik lényegét.

Merő véletlen-e tehát, hogy az elmúlt két évszázad legihletettebb tudósai közül oly sokan a rendes tudományos képzés keretein kívül tettek szert remek megfigyelőképességre, harmóniaérzékre, tanulták meg értékelni a forma, a szimmetria, az elmélet szépségét, ösztönösen, érzelmileg megérteni az elmélet és a megfigyelés közötti viszonyt? A 19. században a francia Claude Bernard azután lett a modern élettan megalapítója, hogy színműíróként nem sikerült befutnia. J. B. S. Haldane, mielőtt úttörő munkát végzett volna a genetika és az enzimológia matematikai elemzése terén, a nővére, Naomi Mitchinson darabjaiban játszott, ráadásul sikeres esszé- és regényírónak számított. És rengeteg történetet ismerünk a tudósok szokatlan testi teljesítőképességéről: Ramón y Cajal és Luis Alvarez fizikus tornamutatványairól, Albert W. Michelson és Frederick A. Lindemann fizikusok teniszbajnokságairól. Még Einsteinről is azt írták, hogy meglepően fejlett izomzatú, ami csak a rendszeres testgyakorlás eredménye lehetett.

Jacob Shaham, a Columbia University fizikusa leírta, milyen hatással volt tudományos tevékenységére az, hogy fiatal korában megpróbálkozott a színjátszással. Egy koldust kellett eljátszania, és mialatt a szerepét tanulta, rájött, hogy ehhez át kell élnie a kolduslét élményeit is. Ezután heteken át koldusokat követett az utcán, tanulmányozta a mozdulataikat és az arckifejezésüket, próbált a fejükkel gondolkodni. Ez az élmény, állítja Shaham, örökre megmaradt benne:

Valahányszor egy egyenletet, tételt vagy ötletet forgattam a fejemben, mindig megpróbáltam körüljárni, megnézni, mi következik belőle, mivel függ össze, mi hiányzik… Olyasvalami ez, amit egyik-másik tanárom nagy igyekezettel próbált átadni, de csak most, több mint 20 évi tudományos tevékenység után jöttem rá, hogy igazában kezdettől fogva milyen közel kerültem hozzá amiatt a színpadi szerep miatt.

Az ilyesféle példák minden jel szerint arra utalnak, hogy a természettudományos képzés szokásos módszerei önmagukban nem alkalmasak kreatív tudósok kinevelésére; ehhez többre van szükség, mint verbális és matematikai jártasságra. Talán túlzott igény, hogy pedagógusok és tudósok egyszeriben magukévá tegyék a gondolatot, hogy a tudományt el lehetne sajátítani művészeti, színpadi, irodalmi, zenei vagy akár talán sportélmények révén. Mindazonáltal a tudomány jövőbeli művelőinek valamiképpen el kell sajátítaniuk elődjeik eredményes módszereit. Ha ezek között a módszerek között ott van a személyes megismerés és az érzéki tudomány, akkor így vagy úgy, de meg kell próbálnunk rendszerbe foglalni és átadni ezeket a megismerési módokat.

Érdekes módon néhány kutató máris megpróbálta egyik-másik ilyen elvet működőképes módszer formájában alkalmazni. Robert C. Morrison, az East Carolina University kémikusa többedmagával olyan számítógépi programokat dolgozott ki, amelyek bizonyos numerikus adatsorokat hallható hangokként jelenítenek meg. Morrison rámutatott, hogy a fül sokkal érzékenyebben tudja felismerni a szabályszerűségeket, mint a szem. A zenei közegben a kutató fül fel tudja ismerni a visszatérő motívumokat az olyan kémiai, gazdasági és egyéb adatbázisokban, amelyek matematikailag és vizuálisan egyaránt túl bonyolultak a közvetlen elemzéshez. Susumu Ohmo, egy kaliforniai genetikus már a DNS-szekvenciákat is átírta fülbemászó melódiákká.

Másutt azzal kísérleteznek, hogy a tapintási érzéket vonják be a kutatásba. A New York-i IBM-kutatóközpontban kifejlesztették a „varázscsuklót”, amely az anyagok felszíni atomjait láthatóvá tevő elektronmikroszkóp képeit átalakítja háromdimenziós mozgássá. Ily módon a készüléket viselő személy ki tudja tapintani például a fémek és ötvözetek felszíni atomszerkezetét. Az IBM kutatócsoportja azt tervezi, hogy a varázscsuklót összekapcsolják az atomerő-mikroszkóppal, amely a molekulák közötti erőket méri, és így a kutató közvetlenül érzékelheti a kémiai affinitást.

Az ilyen berendezések révén lehetővé válhat majd a mikroszkopikus méretű tárgyak manipulációja, és ezért különös jelentőségűek az orvostudomány számára. Egy szemsebész máris azt vizsgálja, használható-e a varázscsukló a retina hegszövetének eltávolítására diabetikus betegeknél. Ian W. Hunter, a McGill University munkatársa a Massachusetts Institute of Technology és a University of Auckland mérnökeivel kifejlesztett egy hasonló távvezérlésű mikrorobot-rendszert, amely képes egyes izomsejtek manipulációjára. A biológus-hallgatók ily módon közvetlen, kinesztéziás ismereteket szerezhetnek az emberi izomrendszerről.

Y&R / Mercedes Benz

Ugyanígy elképzelhető egy olyan oktatási közeg kialakítása, ahol az akusztikus, kinesztéziás és vizuális élmény szorosan összekapcsolódik az elméletek elsajátításával. Természetesen ott van a hallgatói laboratórium mint hagyományos lehetőség arra, hogy a diákok érzékszervi kontaktusba kerüljenek a tudományos alapelvekkel, és ennek a hagyománynak az előnyeit nem szabad lebecsülni. Aztán ott van a matematikai függvények viselkedése, a fénysugarak áthaladása egy bonyolult optikai rendszeren, egy nagy szerves molekula konfigurációja, ahogy átjut a sejtmembránon – ezeket mind grafikusan lehet tanulmányozni, a számítógép képernyőjén. De csatasorba lehet állítani klasszikus, hétköznapibb módszereket is. Marvin L. Cohen, a Berkeley University of California fizikusa a közelmúltban egy koreográfus közreműködésével megalkotta Az elektronok tánca című művet – színpadra vitte a kvantummechanikát, hogy a nézők és szereplők közvetlenül érzékelhessék, miként viselkednek az elektronok a szupravezetőben. És miért ne ösztönözhetnénk a diákokat arra, hogy induljanak el Jacob Shaham nyomdokain, és tekintsék az egyenleteket forgatókönyveknek? Miért ne követeljük meg legalább azt, amit Richard Feynman, a Nobel-díjas fizikus más szavakkal fejtett ki: hogy a kutatók úgy írják le a fizikai folyamatokat, hogy egy másodikos gyerek meg tudja érteni őket? Aki át tudja fordítani az elmélet zagyva egyenleteit metaforákba, mesterkéletlen hasonlatokba és a lényeget tükröző megállapításokba, az megérdemel egy helyet Einstein tornatermében.

Az előbb említett és a még ezután föltalálandó készülékek csattanós bizonyítékai annak, hogy igenis szükség van az érzéki tudományra, és csábító megismerési lehetőséget nyújtanak az avatatlanoknak. De pusztán mechanikus úton, szerkezetekkel nem adható át a személyes megismerés, a tudományos felfedezés izgalma, amely oly sok kutatónak éltető eleme. Ha a mai tudósok meg akarják hódítani az eljövendő nemzedékek elméjét és lelkét, akkor közvetlenül meg kell ismertetniük a kutatás gyönyörűségét és érzékelési gazdagságát.

Lehet-e szomorúbb vallomás, mint I. M. Singer matematikusé:

Eddig még sohasem beszéltem olyan személyes dolgokról, mint a kutatás iránti érzelmeim.

Hány másik tudós van, aki bevallhatná ugyanezt? Hányukban van meg a bátorság, hogy be is vallják? És hányan vannak, akik azt az elismerésre méltó hagyományt, hogy szikáran fogalmaznak és kerülik a túlzásokat, összekeverik a felsőbbrendű fapofával, nehogy kiderüljön, hogy a kutatónak érzelmei is vannak? Nem csoda, hogy olyan sok diák tartja unalmasnak és embertelennek a természettudományokat. Miért titkoljuk el előlük azokat a gyönyöröket, amelyeket például Singer talált meg a tudományos alkotásban?

Rokonságot […] érzek a világ minden művészével és tudósával – mondta. Egy Matisse-kiállítás izgalomba hoz és ihletet ad. Hazarohanok, lelkesen nekiugrom a kutatási problémáimnak, és közben úgy érzem, Matisse világának része vagyok. Egy jó balett ugyanilyen hatással van rám.

A tudományos nevelésnek minden egyéb mellett arra kell ösztönöznie a diákokat, hogy ébresszék föl magukban a személyes, alkotó megismerés csodáját. Mert végső soron, ahogy C. H. Waddington angol biológus mondta 1969-ben,

A világ égető problémáit csak teljes emberek oldhatják meg, nem olyanok, akik a nyilvánosság előtt nem hajlandóak másnak mutatkozni, mint technológusnak, tiszta tudósnak vagy művésznek. A mai világban az embernek mindennek kell lennie, máskülönben semmi sem lesz.

A fiatal tudósoknak, ugyanúgy, mint a leendő képzőművészeknek vagy muzsikusoknak, meg kell tanulniuk egyesíteni a személyiség és a természet nyelvét; a tudósnak meg kell tanulnia érezni ahhoz, hogy gondolkodhassék. Egyelőre még kérdéses, hogy az érzéki tudományt miképpen lehet jól átadni a diákoknak. De azoknak a tudósoknak a számából ítélve, akiknek eddig valahogy sikerült elsajátítaniuk, nyilvánvaló, hogy a lehetőségek nem üres halmazt alkotnak.

Robert S. Root-Bernstein
Forrás

Fizikai Szemle 1993/2, 74–77. p.