Текст книги "Теории всего на свете"

В начале была теория

Хелена Кронин

Директор Центра философии естественных и общественных наук Лондонской экономической школы; автор книги The Ant and the Peacock: Altruism and the Sexual Selection from Darvin to Today («Муравей и павлин: альтруизм и половой отбор от Дарвина до наших дней»)

Давайте подслушаем воображаемую беседу между Чарлзом Дарвином и Карлом Поппером. Дарвин, раздраженный той примитивной и дремучей философией науки, которую всячески продвигают его критики, восклицает: «Как странно – никто не понимает, что всякое наблюдение, если от него вообще ожидается прок, должно производиться в поддержку либо против какого-то воззрения!»[44]44
  Письмо Дарвина Генри Фосетту, от 18 сентября 1861 года. Darwin Corr espondence Database, http://www.darwinproject.ac.uk/entry-3257.


[Закрыть] А когда речь заходит об эволюции, Поппер замечает: «Вся жизнь – решение проблем», – подчеркивая, что «накопление знаний всегда происходит одинаково, что у амебы, что у Эйнштейна»[45]45
  Objective Knowledge: An Evolutionary Approach (Oxford, UK: Oxford University Press, 1972), 261.


[Закрыть].

В их размышлениях есть точка слияния. Хотя их мысли движутся разными путями, оба ученых приходят к одному и тому же выводу. Речь идет о первичной и основополагающей роли теорий (идей, гипотез, концепций, воззрений, мнений и т. п.) в приобретении и росте знания. Дарвин был прав, заявляя, что такая первичность необходима, если от наблюдения «ожидается прок». Но роль «воззрения» здесь более глубока. Как отлично знал Дарвин, наблюдать вообще невозможно, если у вас нет воззрения того или иного рода. Если вы не уверены в этом, попробуйте-ка провести опыт, который Поппер нередко призывал проделать во время своих лекций: «Наблюдайте!» Ну как, удалось? Нет.

Потому что вам необходимо прежде знать, что наблюдать. Все наблюдения проводятся в свете той или иной теории; более того, все наблюдения должны осуществляться в свете той или иной теории. А значит, в основе каждого наблюдения лежит теория – не «иногда», не «в определенных обстоятельствах», а всегда. Это необходимое условие.

Заявляя об этом, мы вовсе не стремимся принизить наблюдение, факты, данные. Напротив, такое утверждение в полной мере воздает им должное. Лишь в свете теории, проблемы, поисков решения факты могут по-настоящему говорить с нами, раскрывая неведомое.

Чрезвычайно простая мысль. Но сфера ее применения весьма широка, а перспективы применения колоссальны. Отсюда ее изящество и красота.

Вот два примера. Один – из дарвиновской области, другой – из попперовской.

Обратимся к утомительному, но живучему спору о том, что важнее – гены или окружение? Возьмем хорошо изученный случай. Индиговые овсянковые кардиналы каждый год совершают перелеты на большие расстояния. Чтобы решить проблему навигации, естественный отбор наделил этих птиц способностью создавать в мозгу своего рода мысленный компас, изучая звезды на ночном небе, как делают бойскауты (только вот птицы осуществляют это уже в течение первых месяцев жизни). Процесс возникновения и развития такой адаптации – богатый источник информации, которую естественный отбор на протяжении эволюции «упаковывал» в гены этих пернатых. В частности, речь идет об информации о расположении небесных созвездий. И сегодня мигрирующие овсянковые кардиналы могут пользоваться теми же инстинктами и теми же регулярно возникающими особенностями окружающей среды, которые управляли инструментами точной навигации, встроенными в тела их давно умерших предков.

Так действуют все адаптационные механизмы. Обеспечивая организм врожденной информацией об окружающем мире, они снабжают его и ресурсами для того, чтобы он сумел удовлетворить свои адаптационные потребности. Иными словами, естественный отбор как бы создает для организма определенную среду, специфичную именно для данного вида. Таким образом, различные проблемы адаптации, в сущности, порождают разную среду, вот почему, скажем, разные виды существуют в разном окружении.

А значит, то, что составляет среду, зависит от адаптационных особенностей данного организма. Без врожденной информации, передаваемой генами и задающей характерные особенности среды, никакой подобной среды не могло бы существовать. Такие среды не являются автономными, независимыми и отдельными от биологии: напротив, биология частично формирует их. Следовательно, среда – объект биологический, у истоков которого как раз и находится информация, накапливаемая биологическим путем.

Но ведь в наши дни мы все увлекаемся теориями взаимодействия, правда? И речь идет уже не о выборе «гены или окружение?», а о взаимодействии генов и окружения. Взаимодействие – это как раз то, для чего естественный отбор и предназначает гены. Гены овсянкового кардинала нагружены сведениями о том, как получать знания путем наблюдения звезд, поскольку звезды – важнейшая часть окружения этих птиц, как и яйцо, в котором развивается птенец, или вода, которую он пьет. Овсянковые кардиналы без звезд обречены быть овсянковыми кардиналами без потомков. Но взаимодействие несимметрично: врожденная информация должна появиться первой. Гены используют среду с определенной целью – воспроизвести себя. Но у сред нет целей, и они не используют гены.

Второй пример имеет отношение к понятию объективности в науке. Сначала обратимся к жалобе Дарвина на распространенное непонимание того, что такое научное наблюдение: «Насколько же, должно быть, он [этот критик] глубоко невежествен в том, что касается самой сути наблюдения! Еще лет 30 назад многие рассуждали о том, что геологам следует лишь наблюдать, а не теоретизировать, и я хорошо помню, как кто-то говорил, что в таком случае довольно лишь спуститься в горный отвал, сосчитать все камешки и описать их цвета»[46]46
  Дарвин – Фосетту, 18 сентября 1861 года.


[Закрыть].

Полтора века спустя подобное же мышление по-прежнему встречается в науке. Взять хотя бы вполне достойную и перспективную инициативу – перейти к полицейскому сыску, базирующемуся лишь на уликах и доказательствах. Эта инициатива в наши дни подверглась многим искажениям. Что же пошло не так? Слишком уж часто объективные доказательства рассматривались как данные, никак не связанные с какой бы то ни было первоначальной теорией. Но что останется от фактов, если не будет «самой сути» – руководящей теории? Объективность – не в том, чтобы заранее отказаться от всех предварительных умозаключений. Чем более возможным или желательным кажется такой отказ, тем больше вероятность, что в наши рассуждения вкрадутся другие, некритические умозаключения, в результате чего объективность лишь снизится. И в самом худшем случае желаемая, но не объявленная заранее цель, исподтишка оказавшая влияние на эти наши выкладки, скажется и на результате анализа. Вот почему этот вполне благонамеренный подход зачастую справедливо называют «фабрикацией улик, производимой полицейскими».

Один недавний вопиющий пример из моего собственного опыта до сих пор заставляет меня кривиться от сильнейшего отвращения. Некий исследователь «гендерного разнообразия» озаботился профессиональной дискриминацией женщин. Он заявил, что его работа совершенно свободна от любых предварительных предположений касательно различий между мужским и женским, а значит, абсолютно нейтральна и беспристрастна. И если полученные им данные покажут какие-то различия в характере изучаемых процессов, то он вынесет взвешенное и беспристрастное суждение: эти различия – результат дискриминации. Сможет ли он принять, что существуют различия между полами, возникшие в ходе эволюции? Да, если это будет доказано. И как же может выглядеть такое доказательство? Тут он недоуменно умолк. Неудивительно: его «нейтральные» гипотезы изначально предшествовали гендерным различиям. Забавно: ради «интересов научной объективности» он, проявив завидное упорство, счел возможным отмахнуться от всего богатства научных открытий, доступного нам сегодня.

Идея Дарвина – Поппера, несмотря на свою красоту, пока еще привлекла слишком мало восхищенных почитателей. А ведь она заслуживает куда большего внимания.

Томпсон о развитии

Пол Блум

Рейдженовский профессор психологии и когнитивных наук Йельского университета (получатель гранта Брукса и Сьюзен Рейдженов); автор книги How Pleasure Works («Как работает удовольствие»)

«Всё таково, потому что так сложилось». Этот афоризм приписывают биологу и классицисту Д’Арси Томпсону, и он может служить изящным резюме попыток Томпсона объяснить форму вещей, от медуз до песчаных дюн и слоновьих бивней. Впервые я увидел эту фразу в одном из дискуссионных материалов Edge, где Дэниел Деннет настаивал, что данная идея применима и для объяснения более широкого ряда явлений и объектов: в конце концов, все науки – исторические (по крайней мере в какой-то степени).

Приведенное высказывание кажется мне отличным девизом для моей собственной области – психологии развития. У каждого взрослого сознания есть две истории. Одна из них – эволюционная. Мало кто сомневается, что некоторые из наиболее элегантных и убедительных объяснений в психологии основаны на конструктивном процессе естественного отбора. Вторая история – это история собственно развития: как наше сознание совершенствуется с течением времени, как мы взрослеем и обучаемся.

Эволюционные объяснения помогают понять общее между всеми людьми, а гипотезы развития иногда позволяют уловить различия между нами. Что ж, вполне очевидная вещь. Мы не удивимся, если узнаем, что люди, свободно говорящие по-корейски, как правило, выросли в среде, где все общались на этом языке, или что правоверные иудеи, как правило, воспитывались в еврейских семьях. Но другие объяснения, основанные на развитии, могут оказаться более интересными.

Существуют доказательства, что неспособность взрослого человека к стереоскопическому зрительному восприятию вызвана ограниченными зрительными возможностями в определенный критический период детства. Некоторые полагают, что степень уверенности взрослых мужчин определяется тем, насколько молодыми они достигли половой зрелости (благодаря резкому росту психологического статуса, обусловленному тем, что подросток становится, пусть и временно, физически крупнее своих ровесников). Есть мнение, что более умные, как правило, являются первенцами в своей семье (поскольку младшие дети попадают в менее интеллектуально сложное окружение – если брать «средние величины»). Яркие таланты с большей вероятностью являются поздними детьми (поскольку в таком случае они вынуждены находить собственные социальные ниши, четко отличающиеся от других). На наши романтические привязанности влияет то, какими были в детстве наши отношения с родителями. Чувствительность мужчины к боли отчасти обусловлена тем, перенес ли он в младенчестве обрезание.

Не знаю, верно ли хоть какое-то из приведенных объяснений (за исключением примера со стереоскопическим зрением). Но они изящны и нетривиальны, а некоторые из них почти прекрасны.

Как пройти путь от омара до кота?

Джон Макуортер

Лингвист, старший научный сотрудник Манхэттенского института политических исследований; автор книги What Language Is (And What Isn’t and What It Could Be) («Чем язык является, не является и может являться»)

Вы замечали, что «вена», которую рекомендуют извлечь из креветки, прежде чем ее съесть, не выделяет ничего хотя бы отдаленно похожего на кровь? Выходящая из нее слизь больше напоминает отходы пищеварения, не правда ли? Что ж, так оно и есть. Пищеварительная система креветки пролегает ближе к ее спине, и оттуда до нее легче всего добраться. Там же находится и сердце. Более того, точно так же обстоят дела у всех членистоногих. Членистоногие – тип животных, к которому относятся и насекомые. Кстати, если вам вдруг захочется отыскать главный нервный путь креветки, имейте в виду, что он проходит вдоль нижней ее части.

Нам кажется, что тут «всё наоборот», поскольку мы-то с вами относимся к хордовым, еще одному обширному типу в животном царстве. Спинной нерв хордовых проходит именно вдоль спины, а сердце и кишечник располагаются спереди. Схема устройства нашего тела словно зеркальна схеме устройства членистоногих, что отражает принципиальные различия между более крупными классификационными таксонами. Членистоногие принадлежат к протостомам, пищеварительные органы которых находятся «сзади», тогда как у дейтеростом (среди которых и мы, хордовые) эти органы – «спереди».

Биологи заметили это еще давным‑давно, когда натуралист Этьен Жоффруа Сент-Илер рассек омара, перевернул его и показал, что в таком положении «вверх ногами» расположение его внутренностей напоминает наше. Вопрос был лишь в том, как это получилось. Такой вопрос ученые начали особенно активно задавать после того, как получила широкое распространение дарвиновская теория естественного отбора. Как можно шаг за шагом пройти путь от «органов пищеварения сзади и спинного хребта спереди» к обратной ситуации? А главное, почему такой переход дает преимущества с эволюционной точки зрения – ведь иначе, как мы полагаем, он бы вообще не случился?

Конечно, биологи не воображали, будто нервный ствол пробрался наверх, вытесняя органы пищеварения, а новые пищеварительные органы сами собой сформировались внизу, поскольку это «требовалось» (впрочем, такую идею некоторое время пестовал один предприимчивый мыслитель). Долгое время лучшим, что могли предположить биологи, оставалась гипотеза, согласно которой схема устройства членистоногих и схема устройства хордовых были альтернативными путями эволюции для некоего первичного существа. А там уж процесс пошел случайным образом, как при игре в кости, полагали ученые.

Объяснение скучноватое. Более того, проблема в том, что молекулярная биология как никогда ясно показала: членистоногие и хордовые во многих деталях восходят к некоей общей схеме устройства тела. Маленькие сегменты креветки порождены теми же генами, что порождают и наш позвоночный столб – и т. п. И снова возникает старый вопрос: как же пройти путь от омара до кота? Сегодня многие биологи сходятся во мнении, которое сочетает в себе изящество, отголосок тайны, да еще и некоторую крупицу смирения.

Итак, полагают специалисты, какое-то древнее червеобразное водное существо со схемой устройства тела, напоминающей телесную схему членистоногих, начало плавать вверх тормашками. Некоторые создания действительно умеют так делать – скажем, солоноводная креветка, наша современница. Часто это происходит из‑за того, что в верхней и в нижней частях животное окрашено по-разному, и в результате перевертывания хищникам труднее различить хитроумную жертву. Таким образом, это существо получило бы эволюционные преимущества, если бы всегда плавало вверх тормашками. У него спинной хребет находился вверху, а органы пищеварения – внизу. Сама по себе история вполне милая, может быть, немного грустная, но в ней, по сути, нет ничего особенного. Представим себе теперь, что этот маленький червячок в ходе эволюции превратился в сегодняшних хордовых. Тут нет никакой натяжки, ведь самые примитивные из хордовых действительно похожи на червей: это ланцетники, напоминающие рыб лишь отдаленно. И если вы решите вскрыть такое существо, то обнаружите, что нервный тяж у него сзади, а не спереди.

Молекулярная биология все активнее демонстрирует, каким именно образом организмам может поступать сигнал о развитии «креветочной» или «кошачьей» схемы устройства тела. Похоже, нашлось и недостающее промежуточное звено – довольно мерзкие, зловонные существа, ползающие и кормящиеся на дне и именуемые кишечнодышащими. У них имеется и спинной, и брюшной нервный ствол, а органы пищеварения, похоже, находятся в процессе смещения вниз.

Поэтому причина того, что наш с вами хребет расположен сзади, вовсе не в том, что он, к примеру, препятствует нашему падению на спину. Бросьте кубик еще раз, и мы окажемся двуногими, чей позвоночный столб проходит спереди, как застежка-молния, и чьи кишки прячутся сзади, в спине (пожалуй, не такая уж плохая идея). Это объяснение так называемой дорсовентральной инверсии может служить еще одним доказательством того, как под действием естественного отбора могло возникнуть столь ошеломляющее многообразие форм жизни – от таких скромных прародителей. И наконец, трудно не воодушевиться, услышав научное объяснение того, почему такие первопроходцы, как Жоффри Сент-Илер, поначалу подвергались осмеянию.

Частенько, варя креветки, или разделывая омара, или представляя себе, каково мне было бы, заставь меня кто-нибудь рассечь кишечнодышащего червя, или похлопывая кота по пузу, или обнимая кого-нибудь, я ловлю себя на мысли, что все эти существа выстроены по единому плану, только вот тела кота и обнимаемого человека несут в себе наследие некоего червя, который плавал не так, как прочие, в докембрийском океане больше 350 миллионов лет назад. Мне всегда казалось, что это потрясающе.

Микробы – причина болезней

Грегори Кохрейн

Консультант по адаптивной оптике, адъюнкт-профессор антропологии Университета штата Юта; соавтор книги The 10000-Year Explosion: How Civilization Accelerated Human Evolution («Взрыв длиной в десять тысяч лет: как цивилизация ускоряла эволюцию человека»)

Микробная теория возникновения и распространения болезней оказалась весьма успешной, особенно если речь идет о практической стороне вопроса – скажем, о сохранении нашей с вами жизни. Теория объясняет, почему недуги способны быстро распространяться среди большого количества людей (так называемый экспоненциальный рост заболеваемости), почему существует так много различных болезней (из‑за наличия множества отдельных видов патогенных микроорганизмов) и почему для заражения требуется какой-то контакт (не всегда прямой). Говоря современным языком, большинство симптомов заболеваний, как выясняется, вызваны крошечными самовоспроизводящимися машинами, чьи генетические интересы не совсем совпадают с нашими.

Собственно говоря, микробная теория оказалась настолько эффективной, что сейчас она даже и не очень-то интересна. Выявив причины холеры, пневмонии и сифилиса, человечество избавилось от них, по крайней мере – в развитых странах. И теперь настало время, когда некоторые люди даже сопротивляются воздействию средств достижения победы (скажем, противятся вакцинации), ибо уже успели забыть об угрозах.

Но эту теорию по-прежнему стоит изучать – не только для того, чтобы во всеоружии встретить очередную чуму, но и потому что болезнетворные микробы стали важным фактором в истории и эволюции человечества. Нельзя по-настоящему понять Кортеса, не зная об оспе, а Китса – не зная о туберкулезе.

Теория эта может объяснить даже те процессы, которые мы не должны бы и видеть, не говоря уж о том, чтобы понять их. Так, человеческий разум до недавнего времени не мог справиться с проблемами, вызванными воздействием паразитарных микроорганизмов, как подчеркивает Уильям Макнил в своей книге Plagues and Peoples («Народы и недуги»). Эти невидимые враги во многом определяют биологическую приспособленность человека: в одних местах они влияют на нее значительнее, в других – слабее.

Наконец, когда вы пролистываете иллюстрированное издание, посвященное тропическим заболеваниям, и ваш взгляд падает на статью о запущенном случае слоновой болезни или корковой чесотки, вы начинаете понимать: любая теория, объясняющая эту мерзость, просто обязана быть верной.

Информация – преодоление неопределенности

Эндрю Ли

Адъюнкт-профессор журналистики Университета Северной Каролины; автор книги The Wikipedia Revoluton: How a Bunch of Nobodies Created the World’s Greatest Encyclopedia («Википедическая революция. Как компания неизвестных создала величайшую энциклопедию в мире»)

Почти все, чем мы с удовольствием пользуемся в наш цифровой век, базируется на этой идее, хотя мало кто знает о том, кто ее автор или что лежит в основе соответствующей простой и элегантной теории информации. Многим ли известно, что информационная эпоха – творение не Билла Гейтса или Стива Джобса, а Клода Шеннона, и что она, по сути, началась еще в 1948 году? Шеннон, скромный человек, разносторонний мыслитель, сторонился публичных выступлений и интервью. Этот блестящий математик, генетик и криптоаналитик, сформулировал основы концепции, которой суждено было вырасти в информационную теорию. Он сделал это вскоре после окончания Второй мировой войны, когда стало очевидно, что ее сражения уже не сводятся к пулям и пушкам.

Если Первая мировая оказалась первой механизированной войной, то Вторую мировую можно считать первым силовым конфликтом, завязанным на коммуникационные технологии. В отличие от предыдущих боевых противостояний армейские части здесь массово применяли радиосвязь. Быстрая координация между удаленными друг от друга подразделениями принесла войну во все части света. Стала активно развиваться криптография, поскольку требовалось сохранять передаваемые депеши в тайне от противника. Кроме того, в боевых операциях впервые был задействован радар – устройство, позволявшее обнаруживать летательные аппараты и следить за их перемещениями: так удалось расширить возможности слежения за воздушной техникой, ведь сфера действия традиционного – визуального – наблюдения ограничивалась линией горизонта.

Клод Шеннон работал над проблемой прицельного уничтожения самолетов и разрабатывал системы контроля огня, которые могли бы напрямую взаимодействовать с радаром. Как определить текущее и будущее положение вражеского самолета, чтобы вовремя направить артиллерийский огонь в нужную точку и сбить неприятельскую воздушную машину? Появление радара ознаменовало собой настоящую революцию в противовоздушной обороне, однако поступавший с радара сигнал был загрязнен «шумом»: получаемая информация позволяла приблизительно определить местонахождение объекта, но была недостаточно точной, чтобы ею удалось сразу же воспользоваться. После войны это заставило Шеннона и многих других специалистов задуматься о природе фильтрации и распространения информации, будь то радарные сигналы, голос (передаваемый по телефону) или видеоматериалы (транслируемые по телевидению). Шум оказался врагом связи, так что любые способы хранения и передачи информации, снижавшие уровень шума, весьма интересовали нанимателей Шеннона – компанию Bell Laboratories, научно-исследовательское подразделение знаменитого американского телефонного монополиста середины XX века.

Шеннон рассматривал коммуникационную сферу как наиболее математизированную из прикладных наук. Он решил сосредоточить все свои интеллектуальные усилия на проблеме информационного шума. Поизучав тонкости работы аналогового компьютера – дифференциального анализатора Ванневара Буша – в первые годы своей работы в Массачусетском технологическом институте и защитив весьма математизированную диссертацию на тему «Алгебра в теоретической генетике», Шеннон оказался особенно хорошо экипирован для понимания основ теории о том, как следует обращаться с информацией, используя знания из самых разных дисциплин. К 1948 году он сформулировал свой главный тезис, простой и сильный: «Информация – преодоление неопределенности».

Если уж мы можем передать что-нибудь, это «что-нибудь» снижает неопределенность: такова фундаментальная природа информации. Звучит самоочевидно, однако это важнейшее умозаключение, если вспомнить, что люди говорят на огромном количестве различных языков и какое-то сочетание звуков может оказаться полным смысла для одного человека и совершенно непонятным для другого. До того как Шеннон сформулировал свою теорию, никто не знал, как правильно компенсировать «психологические факторы» подобного рода. Основываясь на работах своих коллег Ральфа Хартли и Гарри Найквиста, Шеннон показал, что метод кодирования и используемые символы – ключевые элементы при решении, будут ли две коммуницирующие стороны обладать общим пониманием преодолеваемой неопределенности.

Шеннон задался вопросом: «Как проще всего преодолеть неопределенность?» Для него решением стало подбрасывание воображаемой монетки: «орел» или «решка», «да» или «нет», событие с всего двумя возможными исходами. Он пришел к выводу, что информацию любого типа можно закодировать как серию ответов «да» и «нет». В наши дни такие ответы мы называем битами цифровой информации – единицами и нулями. Ими представлено все, от текста электронного письма до цифровых фотографий, музыки на CD, видео высокого разрешения. То, что совершенно любую информацию можно представить и закодировать отдельными битами не приблизительно, а идеально точно, без шумов и ошибок, явилось поистине революционной идеей. Она поразила даже его коллег и других ученых, отчаянно пытавшихся создать простую и универсальную теорию информации.

Компакт-диск, первый рассчитанный на обычного потребителя и повсеместно распространенный носитель информации, закодированной цифровым способом, открыл наследие Шеннона широким массам населения в 1982 году. Такой диск позволяет идеально воспроизводить звук благодаря тому, что каждая секунда музыкальных аудиоволн делится на 44 100 фрагментов (семплов), а затем количественно записывается высота каждого фрагмента (проводится так называемая квантизация). Увеличение количества семплов для каждой секунды исходного звукового материала и более точная квантизация повышают качество записываемого звука. Превращение этого цифрового потока обратно в слышимый нами аналоговый звук с использованием современной электронной техники позволяет достигать стабильно высокого качества воспроизведения. Подобные же цифровые методы стали использоваться для записи статичных изображений и видео, так что сегодня мы наслаждаемся миром, где есть mp3-файлы, DVD-диски, HD-телевидение и видео высокой четкости. Всё это можно хранить, передавать и копировать без потери качества.

Шеннон стал профессором Массачусетского технологического института, и в течение многих лет его студенты сделали большое количество революционных открытий, во многом определивших лицо информационной эпохи: здесь и модемы, и компьютерная графика, и сжатие данных, и искусственный интеллект, и беспроводная цифровая связь. Информационная теория преобразила почти все стороны нашей повседневной жизни, от работы до отдыха, насытив их «цифрой». Красиво, изящно, невероятно эффективно!