Текст книги "Теории всего на свете"

Нассим Талеб Джаред Даймонд Ричард Докинз Фримен Дайсон и др.
Теории всего на свете
Под ред. Джона Брокмана

Universum

О науке, ее прошлом и настоящем, о великих открытиях, борьбе идей и судьбах тех, кто посвятил свою жизнь поиску научной Истины

This Explains Everything

Deep, Beautiful, and Elegant Theories of How the World Works

Edited by John Brockman

Серия основана в 2013 г.

Ведущий редактор серии Ирина Опимах

Перевод с английского Николая Майсуряна и Алексея Капанадзе

В оформлении обложки использован фрагмент рисунка Жана Эффеля

2‑е издание (электронное)

Деривативное электронное издание на основе печатного аналога: Теории всего на свете / под ред. Д. Брокмана; пер. с англ. Н. Майсуряна и А. Капанадзе. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. – 400 с.: ил. – (Universum). – ISBN 978-5-9963-1720-2.

Подготовлено при участии ООО «Лаборатория Базовых Знаний»

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации

© Copyright 2013 by Edge Foundation, Inc.

All rights reserved.

© Перевод на русский язык, оформление.

* * *

Благодарности

Благодарю за поддержку Питера Хаббарда из издательства HarperCollins. Я также признателен моему агенту, Максу Брокману, разглядевшему потенциал этой книги, и Саре Липпинкотт за ее вдумчивую и кропотливую редактуру.

Предисловие

Ежегодный вопрос Edge

В 1981 году я основал Reality Club[1]1
  Клуб реальности (англ.).


[Закрыть]. Где только не проходили собрания клуба – в китайских ресторанах, в мастерских художников, в залах заседания совета директоров различных инвестиционных банков, в танцевальных залах, музеях, гостиных и прочих местах. Reality Club не походил на Алгонкинский круглый стол[2]2
  В конце 1910‑х – 1920‑х гг. группа писателей, журналистов, критиков и актеров, регулярно обедавших вместе в нью-йоркском отеле «Алгонкин». Шутки и каламбуры участников круглого стола приобрели широкую известность благодаря газетам, в которых они сотрудничали. – Прим. перев.


[Закрыть] или Блумсберийский кружок[3]3
  В 1920‑х–1930‑х гг. влиятельная группа выпускников Кембриджского университета – писателей, художников и ученых, регулярно собиравшаяся в лондонском районе Блумсбери. – Прим. перев.


[Закрыть], но предлагал интеллектуальные приключения того же сорта. Возможно, ближайшим подобием служит Лунное общество Бирмингема конца XVIII – начала XIX веков – собрание ведущих деятелей культуры новой индустриальной эпохи Джеймса Уатта, Эразма Дарвина, Джозайи Веджвуда, Джозефа Пристли, Бенджамина Франклина. В том же духе Reality Club попытался объединить людей, занимающихся проблемами постиндустриальной эпохи.

В 1997 году Reality Club, преобразованный в Edge[4]4
  Край, грань, острие (англ.).


[Закрыть], вышел в Интернет. Идеи, выдвигаемые Edge, порой весьма спекулятивны. Они отражают сегодняшние пограничные знания в таких областях, как эволюционная биология, генетика, компьютерная технология, нейрофизиология, психология, космология и физика. Из этих составляющих складывается новая натурфилософия, новые пути постижения материального мира, новые способы мышления, которые подвергают сомнению множество наших основополагающих представлений.

Каждый год стойкие приверженцы Edge (а это Стюарт Брэнд, Кевин Келли, Джордж Дайсон и я) собираются вместе, чтобы подготовить для очередного издания Edge вопрос, – обычно он приходит на ум одному из нас или наших корреспондентов посреди ночи. Придумать его непросто. (Покойный Джеймс Ли Байерс, мой друг и время от времени, соавтор, как-то заметил: «Я мог бы ответить на вопрос, но хватит ли у меня ума, чтобы его задать?») Мы подыскиваем вопрос, на который можем получить непредсказуемые ответы, заставив людей поразмышлять над тем, о чем они обычно не задумываются. За вопрос этого года мы выражаем признательность Стивену Пинкеру.

Наверное, самое глубокое удовлетворение в науке приносят теории, которые дают неожиданное решение какой-нибудь запутанной головоломки с помощью нескольких простых правил. Такие объяснения называют «красивыми» или «элегантными». В качестве исторических примеров можно привести описание сложного движения планет в виде простых овалов, придуманное Иоганном Кеплером; истолкование Периодической системы Менделеева посредством электронных оболочек, данное Нильсом Бором, и объяснение генетической репликации с помощью двойной спирали ДНК, предложенное Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком. Знаменитое высказывание выдающегося физика-теоретика П. А. М. Дирака по этому поводу гласит: «Главное – красота уравнений, а не их соответствие экспериментам».

Вопрос Edge 2012: Какое объяснение вы считаете самым глубоким, элегантным или красивым?

В этом году веб-сайт Edge (http://edge.org/annual-question/) получил множество откликов – около 200 провокационных (и часто многословных) рассуждений, которые подверглись неизбежному редакционному отбору. В результате представленные здесь статьи, в соответствии с духом Edge, охватывают самый широкий круг научных вопросов, дающий представление обо всем на свете. Тут и философия, и математика, экономика, история, лингвистика и поведение человека. Связующей нитью служит то, что простая и неочевидная идея предлагается в качестве объяснения разнообразной и трудной для понимания совокупности явлений.

Джон Брокман, издатель и редактор Edge

Эволюция путем естественного отбора

Сьюзан Блэкмор

Психолог; автор книги Consciousness. An Introduction («Сознание. Введение»)

Конечно, это теория Дарвина. Никакое другое объяснение не выдерживает сравнения. Эволюция путем естественного отбора (на самом деле любого отбора – естественного или искусственного) предлагает наиболее красивую и элегантную из всех научных теорий. Этот несложный трехступенчатый алгоритм объясняет, почему мы живем в таком сложно организованном мире. Он открывает причины существования не только нас самих, но и деревьев, котят, языка урду, Банка Англии, футбольного клуба «Челси» и айфона. Вы можете поинтересоваться – если это объяснение столь простое и убедительное, то почему до него никто не додумался прежде Чарлза Дарвина и Альфреда Рассела Уоллеса и почему даже сегодня многие люди не в состоянии его усвоить? Причина, я думаю, в том, что в его основе – тавтология. Создается впечатление, что, когда вы говорите: «выживают те, кто выживает» или «успешные замыслы успешны», ваши слова не несут никакой информации. Чтобы придать этим тавтологиям убедительность, нужно добавить контекст – ограниченный постоянно меняющийся мир, в котором существует конкуренция с переменными правилами и выживают не все.

В таких условиях успех мимолетен, а трехступенчатый алгоритм превращает тавтологию в глубокое и элегантное объяснение. Многократно скопируйте с небольшими отклонениями оставшихся в живых и выпустите их в наш изменчивый мир, и только те, кто приспособится к новым условиям, продолжат существование. Мир, наполненный живыми существами, идеями, учреждениями, языками, историями, программным обеспечением и машинами, целиком был создан благодаря конкурентной борьбе.

Эту красивую идею сложно уловить, и я знала многих университетских студентов, которые изучали теорию эволюции в школе и полагали, что усвоили ее, но на самом деле ничего в ней не поняли. Мне как преподавателю радостно было видеть удивленные выражения лиц у студентов, когда они неожиданно ухватывали суть. Это было настоящим счастьем и еще по одной причине. Когда я гляжу поверх компьютера в окно – на мост над рекой, на деревья, стадо коров вдалеке – я, в отличие от некоторых религиозных людей, восхищаюсь простым и изящным соревновательным процессом, который вызвал их всех к существованию и предоставил мне среди них мое собственное скромное место.

Жизнь – это дискретный код

Мэтт Ридли

Ученый и писатель, основатель и председатель Международного центра жизни; автор книги Rational Optimist («Рациональный оптимист»)

Сейчас трудно представить, какой непостижимой казалась жизнь утром 28 февраля 1953 года и насколько все переменилось к обеду. Вспомните все предыдущие ответы на вопрос «Что такое жизнь?», и вы ощутите, до какой степени мы как вид были беспомощны. Жизнь состоит из своеобразных сложных трехмерных объектов (преимущественно белковых) и аккуратно копирует сама себя. Но как? Каким образом сделать копию трехмерного объекта? Как вырастить ее и развить в предсказуемом направлении? Никто тогда даже близко не подошел к разгадке этой научной тайны. Правда, Эрвин Шрёдингер предпринял такую попытку, но вскоре вернулся к квантовой физике, которая к делу отношения не имела. Да, он использовал выражение «апериодический кристалл», и если быть великодушным, то можно увидеть в этом предсказание линейного кода, но я полагаю, что это избыточная щедрость.

На самом деле, проблема жизни стала еще более трудноразрешимой с пониманием ключевой роли ДНК, потому что ДНК устроена просто и однообразно. До 28 февраля 1953 года все объяснения сущности жизни оставались пустой болтовней – с таким же успехом можно было рассуждать о «живом веществе» или «искре Божьей». Затем появилась двойная спираль и мгновенное понимание того, что пару недель спустя в письме к сыну Фрэнсис Крик назвал «в некотором роде кодом» – дискретным, линейным, двумерным, комбинаторно разнообразным и самовоспроизводящимся. В этом и заключалось необходимое объяснение. Вот отрывок из того письма Крика, написанного сыну 17 марта 1953 года.

Мой дорогой Майкл,

Джим Уотсон и я сделали, возможно, важнейшее открытие… Теперь мы уверены, что ДНК – это код. Так, последовательность оснований («букв») делает один ген непохожим на другой (так же, как отличаются одна от другой страницы печатного текста). Ты можешь представить себе, как Природа делает копии генов: если две цепи расплести на две отдельные цепи, и каждая цепь присоединит еще одну цепь, то А всегда будет с Т, а Г – с Ц, и мы получим две копии вместо одной. Другими словами, мы думаем, что нашли основополагающий механизм, с помощью которого жизнь возникает из жизни… Можешь понять, как мы взволнованы.

Никогда еще загадка не казалась такой неразрешимой утром, а ответ – таким очевидным после полудня.

Снижение избыточности и распознавание образов

Ричард Докинз

Эволюционный биолог, философ, заслуженный профессор популяризации науки Оксфордского университета;

автор множества научно-популярных книг, среди них The Magic of Reality («Магия реальности»)

Глубокая, красивая и элегантная теория? Одно из качеств, присущих элегантной теории, состоит в том, что, предполагая мало, она объясняет много. И тут естественный отбор Дарвина – вне конкуренции. Соотношение великого множества вещей, которые он объясняет (все о жизни: сложность, разнообразие и иллюзорная продуманность замысла), и того немногого, что он вынужден постулировать (неслучайное сохранение случайно изменяющихся генов в течение геологической истории Земли), весьма значительно. Никогда еще такое количество фактов не получало истолкования при столь минимальных допущениях. Элегантная и к тому же глубокая теория, глубина которой была скрыта от всех долгое время – до конца XIX века. В то же время, на вкус некоторых, естественный отбор слишком разрушителен, расточителен и жесток, чтобы считать его красивым. Надеюсь, кто-нибудь другой из моих коллег обязательно выберет Дарвина, я же возьму его правнука, а к Дарвину вернусь в самом конце.

Хорас Барлоу – член Королевского общества, младший внук сэра Хораса Дарвина, младшего сына Чарлза Дарвина. Очень активный в свои 90 с лишним лет, Барлоу – представитель знаменитой кембриджской династии нейробиологов. В 1961 году он опубликовал две статьи, посвященные идее снижения избыточности и распознавания образов. Следствия и значение этой идеи вдохновляли меня в течение всей моей научной карьеры.

В фольклоре нейробиологов есть этакий мифический «бабушкин нейрон», который возбуждается, только если очень специфический образ – лицо бабушки Джерри Леттвина – попадет на сетчатку глаза (Леттвин – выдающийся американский нейробиолог, как и Барлоу, изучавший сетчатку лягушки). Дело в том, что бабушка Леттвина – лишь один из бесчисленных образов, распознаваемых мозгом. Если бы существовали специальные нейроны для всего, что мы можем опознать, – не только бабушку Леттвина, но и множество других лиц, объектов, букв алфавита, цветов, каждый из которых мы видим под разными углами на различном расстоянии, – у нас случился бы комбинаторный взрыв. Если бы чувственное восприятие работало по принципу «бабушки», количество специфических нейронов для всех возможных комбинаций нервных импульсов превысило бы число атомов во Вселенной. Американский физиолог Фред Эттнив подсчитал, что объем мозга в этом случае измерялся бы кубическими световыми годами. В качестве альтернативы Барлоу и Эттнив независимо предложили механизм снижения избыточности.

Термин «избыточность» в качестве своего рода обратной стороны информации пустил в обращение Клод Шеннон, основатель теории информации. В английском языке за буквой «q» всегда следует буква «u», поэтому «u» можно опустить без потери информации – эта буква избыточна. Когда избыточность присутствует в сообщении (что всегда происходит при наличии элемента неслучайности), оно может быть записано более экономно без потери информации, хотя и с некоторым снижением возможности исправления ошибок. Барлоу предположил, что на каждом этапе сенсорных путей существуют механизмы, предназначенные для устранения избыточности.

Мир в момент времени t незначительно отличается от мира в момент времени t−1. Поэтому сенсорным системам не обязательно постоянно оповещать мозг о состоянии мира. Они реагируют только на изменения сигналов, позволяя мозгу допускать, что все, о чем не сообщалось, остается по-прежнему. Сенсорная адаптация – хорошо известная функция сенсорных систем, которая действует в точности так, как предсказал Барлоу. Если нейрон сигнализирует, например, о температуре, то уровень его возбуждения, как можно наивно предположить, не пропорционален температуре. Возбуждение увеличивается только с изменением температуры, а затем угасает до низкого уровня покоя. То же самое справедливо для нейронов, сигнализирующих о яркости, громкости, давлении и т. д. Сенсорная адаптация позволяет достичь значительной экономии, используя неслучайность временной последовательности состояний мира.

Задачу, которую сенсорная адаптация решает во временной области, хорошо изученное явление латерального торможения осуществляет в пространственной. Если происходящее в мире событие попадает на пиксельный экран, такой как обратная сторона цифрового фотоаппарата или сетчатка глаза, большинство пикселей выглядит так же, как и их непосредственные соседи. Исключение составляют пиксели, находящиеся у границ, по краям экрана. Если каждая клетка сетчатки добросовестно передаст значение своего светового потока мозгу, он будет бомбардирован крайне избыточной информацией. Можно значительно сэкономить, если большинство импульсов, достигающих мозга, будет поступать от пикселей, лежащих по краям экрана. Мозг возьмет на себя заполнение однообразного пространства между ними.

Как отмечал Барлоу, именно этого и добивается латеральное торможение. В сетчатке лягушки, например, каждая ганглионарная клетка посылает сигнал в мозг, сообщая об интенсивности света в определенном месте на поверхности сетчатки. Но одновременно она направляет тормозящие сигналы своим непосредственным соседям. Это означает, что единственные ганглионарные клетки, посылающие мощные сигналы в мозг, находятся по краям. Ганглионарные клетки, расположенные в единообразных по цвету областях (таких большинство), направляют мало сигналов в мозг – если вообще направляют, – потому что они, в отличие от пограничных клеток, подавляются всеми своими соседями. Пространственная избыточность сигнала устраняется.

Выводы Барлоу можно распространить на большую часть знаний сенсорной нейробиологии, включая знаменитые нейроны-детекторы горизонтальных и вертикальных линий у кошек, обнаруженные Хьюбелом и Визелом (прямые линии избыточны и могут реконструироваться по их концам), и детекторы движения в сетчатке лягушки, открытые тем самым Джерри Леттвином с коллегами. Движение представляет собой неизбыточное изменение в мире лягушки. Но даже движение становится избыточным, если продолжается в одном направлении с одинаковой скоростью. Как и следовало ожидать, Леттвин и его коллеги обнаружили нейрон «странности» в своих лягушках, который возбуждается, если движущийся объект делает что-то неожиданное – ускоряется, замедляется или меняет направление. Нейрон «странности» предназначен для того, чтобы отсеивать избыточность очень высокого порядка.

Барлоу указывал, что исследование сенсорных фильтров данного животного теоретически позволит нам получить сведения об избыточности, существующей в животном мире. Можно будет составить своего рода описание статистических особенностей этого мира. А вот теперь я, как и обещал, вернусь к Дарвину. В книге Unweaving Rainbow («Расплетая радугу») я предположил, что генетический фонд видов представляет собой «генетическую книгу мертвых» – закодированное описание предшествующих миров, в которых гены этих видов выживали в течение геологической истории Земли. Естественный отбор – это своего рода усредняющий компьютер, который обнаруживает избыточность (повторяющиеся образцы) в следующих друг за другом мирах (следующих через миллионы поколений), где виды выживали (усредненные по представителям всех видов, размножающихся половым способом). Может быть, мы могли бы использовать то, что сделал Барлоу для нейронов, в сенсорных системах, и применить для аналогичного анализа генов в генетических фондах, прошедших естественный отбор? Это было бы глубоко, элегантно и красиво.

Сила абсурда

Скотт Этран

Антрополог (Национальный центр научных исследований, Париж); автор книги Talking to the Enemy: Faith, Brotherhood, and the (Un)Making of Terrorists («Разговаривая с врагом: вера, братство и (де)монтаж террористов»)

Представление о высшей силе, движущей Вселенной и историей или определяющей, что хорошо, а что плохо, о силе, чье существование принципиально не поддается разумному объяснению и опровержению логикой или опытным путем, – это самое простое, элегантное и непостижимое наукой явление, которое мне известно. Сила и абсурдность этого убеждения крайне обескураживают и заслуживают пристального внимания ученых. В эпоху, когда многие из наиболее взрывоопасных и неразрешимых конфликтов происходят на религиозной почве, научное понимание их причин никогда еще не было столь жизненно необходимо.

Как назвать это – любовью к Богу или поисками Первопричины – в конечном счете, неважно. Это «привилегия абсурда, которой не подвержено ни одно живое существо, кроме человека», – писал Гоббс в «Левиафане». В «Происхождении человека» Дарвин рассматривал это как проявление «морали», с помощью которой успешные племена лучше подготовлены к соревнованию за выживание и господство на крутых поворотах истории. В отличие от других живых существ люди определяют группы, к которым принадлежат, в абстрактных категориях. Часто они стремятся к длительным интеллектуальным и эмоциональным связям с неизвестными им людьми и готовы героически умирать или убивать, но не для того, чтобы сохранить свои жизни и жизни близких, а во имя идеи – концепции «кто мы есть», которую сами создали.

Высшие, сакральные ценности и религиозные представления существуют во всех культурах мира, но их содержание значительно различается. Сакральные ценности обозначают моральные границы общества и определяют, какие материальные действия допустимы. Нарушение сакрального запрещено. Мы осуждаем людей, продающих своих детей или предающих страну. Другие общества полагают аморальными супружескую измену или пренебрежение к нищим, но не обязательно порицают торговлю детьми и женщинами или запрет свободы самовыражения.

Высшие ценности становятся значимыми, только когда подвергаются сомнению. Примерно так же, как пища приобретает главное значение в жизни людей, когда ее не хватает. Люди одной культурной среды часто не ведают, что свято для людей другой культуры, или, получив такой опыт в результате конфликта, заключают, что чужие ценности аморальны и абсурдны. Подобные конфликты не могут быть полностью сведены к мирским расчетам или интересам, но должны рассматриваться в свойственных им категориях – в соответствии с логикой, отличной от рыночных механизмов или реальной политики. Например, история различных цивилизаций свидетельствует, что перспектива разрушения экономики и гибели значительной части населения не обязательно удержит людей от войны, революции или восстания. Как отмечал Дарвин, благородные и храбрые делают то, что соответствует их моральному долгу, независимо от последствий. (Действительно, данные сканирования мозга показывают, что люди перерабатывают информацию, связанную с сакральными ценностями, – вспомните десять заповедей или «Билль о правах» – в областях мозга, ответственных за ограниченное правилами поведение, а не за бытовые расчеты).

Существует очевидный парадокс, лежащий в основе формирования крупных человеческих сообществ. Религиозное и идеологическое развитие цивилизаций – все более крупных скоплений генетических чужаков, включая современные народы, интернациональные движения и другие воображаемые сообщества фиктивных сородичей, – видимо, зависит от того, что Кьеркегор называл «силой абсурда». (Таково желание Авраама перерезать горло своему любимому сыну, дабы доказать преданность невидимому и безымянному божеству, что сделало его величайшим героем, а не насильником над ребенком, убийцей или психопатом.) Наиболее прочные социальные связи и поступки человечества, в том числе способность к взаимопомощи и прощению, к жертвенности и убийству, рождаются из приверженности причинам и образу действий, которые «невыразимы», – то есть их состоятельность, издержки и последствия принципиально не подлежат рациональной оценке и эмпирической проверке. Чем меньше материально обоснована чья-либо приверженность и самоотдача сакральной идее – иначе говоря, чем она абсурдней, – тем больше верят в нее другие.

Мыслители всех вероисповеданий пытались объяснить этот парадокс (большинство, будучи идеологически мотивированными и бесхитростными). Часто они это делали, дабы показать, что религия – это хорошо, но еще чаще убеждали своих последователей, что религия – это неоправданно плохо. Как бы то ни было, эволюция учит, что люди – эмоциональные создания. Разум в своей основе нацелен в первую очередь на политическое убеждение и социальную победу, а не на философскую или научную истину. Настаивать, что стойкий рационализм – лучшее средство, и надеяться на победу над долговечным иррационализмом, полагая, что логическое сопоставление фактов когда-нибудь покончит с сакральным и завершит конфликт, – значит пренебрегать всем тем, чему нас учит наука о нашей страстной натуре. На протяжении всей истории человечества, и в трудноразрешимых конфликтах, и во всеобщем ликовании, прагматичная логика не могла заменить сакральное, и в будущем это вряд ли случится.

Альфред Рассел Уоллес полагал, что моральное поведение (наряду с математикой, музыкой и искусством) служит доказательством того, что эволюция человека связана не только с естественным отбором. «Особые дарования, которые мы обсуждаем, ясно указывают на существование в человеке качеств, которые он не мог унаследовать от своих животных предков, – чего-то, что мы с большим основанием отнесли бы к духовной сущности… помимо материальных объяснений, законов и движущих сил»[5]5
  Alfred Russel Wallace, Darwinism (New York: Macmillan, 1889), 474–475.


[Закрыть]. Продолжительное разногласие Уоллеса с Дарвином по этому вопросу побудило последнего выразить протест в письме: «Надеюсь, вы еще не полностью похоронили нашего с вами ребенка»[6]6
  Charles Darwin to A. R. Wallace, March 27, 1869. Alfred Russel Wallace: Letters & Reminiscences, ed. J. Marchant (New York: Harper, 1916), 197.


[Закрыть]. Но Дарвин и сам не нашел внятного объяснения тому, каким образом люди стали моральными животными, помимо того что наши предки были очень слабы физически и выжили только благодаря совместным усилиям. Религия и сакральное, столь долгое время отлученные от разумного познания идеологическими предубеждениями всех вероисповеданий, – возможно, по причине близости предмета к тому, кем мы хотели или не хотели бы быть, – все еще обширная, запутанная и по большей части неисследованная область для науки. Однако в самых разных странах в каждодневной жизни большинства людей она выглядит простой и элегантной.