Текст книги "Теории всего на свете"

О безопасности океанов и аэропортов

Кевин П. Хэнд

Планетолог и астробиолог, заместитель научного руководителя исследований Солнечной системы NASA[37]37
  Национальное агентство по аэронавтике и исследованию космического пространства (сокр. от англ. National Aeronautics and Space Administration) – государственная организация США, занимающаяся исследованием космоса. – Прим. перев.


[Закрыть] (Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института)

Признаться, я ненавижу зоны безопасности аэропортов, но пока стою там, раздетый и лишенный металлических предметов, и ожидаю прохождения через рамку металлодетектора, я, как это ни странно, отправляюсь в воображаемое путешествие по океанам, которые, возможно, существуют в отдаленных мирах нашей Солнечной системы.

Эти океаны укрыты под оболочкой льда, которая покрывает Европу, Ганимед и Каллисто (спутники Юпитера), Энцелад и Титан (спутники Сатурна). Океаны этих миров похожи на те, что мы знаем и любим на Земле, – они состоят из воды и существуют, вероятно, столько же, сколько и Солнечная система (около 4,6 миллиардов лет). Общий объем содержащийся в них воды, по меньшей мере, в двадцать раз больше, чем на Земле. С точки зрения поиска жизни за пределами Земли, эти океаны – первые кандидаты на происхождение другой жизни и эволюцию внеземных экосистем.

Но откуда мы знаем, что они существуют? Спутники покрыты льдом, и мы не можем просто посмотреть вниз с космического корабля, чтобы увидеть воду. Вот где стоит вспомнить службу безопасности аэропорта. Когда вы проходите через рамку металлодетектора, вы перемещаетесь через быстро меняющееся магнитное поле. Согласно законам физики, если вы поместите проводящий металл в меняющееся магнитное поле, появятся электрические потоки, которые, в свою очередь, создадут вторичное магнитное поле. Это вторичное поле часто называют индуцированным магнитным полем, потому что оно индуцировано магнитным полем рамки. Внутри нее находятся детекторы, которые улавливают появление индуцированного поля. Если это происходит – звучит сигнал тревоги, и вас отправляют в специальное помещение для досмотра.

Фундаментальной физике мы обязаны также своими знаниями об океанах в некоторых из этих удаленных миров. Европа – показательный пример. В конце 1990‑х годов космический аппарат NASA «Галилео» сделал несколько облетов Европы, и его приборы обнаружили, что у спутника нет собственного сильного магнитного поля. Вместо этого имеется индуцированное поле, созданное под действием мощного магнитного поля Юпитера. Проще говоря, прозвучал сигнал тревоги.

Но для того, чтобы он прозвучал, должен быть проводник. Исследования показали, что у Европы проводящий слой находится рядом с поверхностью. По другим сведениям, примерно 150 км внешней оболочки Европы составляет вода, но полученные данные не позволяли отличить жидкую воду от твердого льда. Изучение магнитного поля, однако, свидетельствовало не в пользу льда – он слишком плохой проводник, в отличие от воды с растворенными в ней солями, как в наших океанах. Наиболее точное соответствие результатам предполагало, что у Европы имеется ледяная оболочка толщиной 10 км, под которой находится мировой океан глубиной около 100 км. Под ним – океаническое дно, где могут располагаться гидротермальные источники и обитать загадочные внеземные организмы.

Поэтому, когда в следующий раз в службе безопасности аэропорта перед вами окажется неорганизованный пассажир, не способный взять в толк, что его пояс, бумажник и часы включат сигнал тревоги, сделайте глубокий вдох и подумайте о далеких и, возможно, обитаемых океанах. Представления о них мы получили благодаря той же самой красивой физике, которая выводит вас из себя, когда вы опаздываете на самолет.

Тектоника плит элегантно обосновывает дрейф материков

Пол Саффо

Специалист по техническому прогнозированию, управляющий директор фирмы Discern Analytics, профессор Стэнфордского университета

Тектоника плит – это элегантное объяснение красивой теории континентального дрейфа. И загадка, и разгадка скрывались на самом виду, прямо под нашими ногами. Поколения школьников, вращая глобус, замечали, что выпуклость Южной Америки соответствует впадине Африки, а Нижняя Калифорния выглядит так, как будто откололась от континентальной Мексики. Эта и другие подсказки привели Альфреда Вегенера к предположению, которое он изложил Германскому геологическому обществу в 1912 году, – континенты когда-то образовывали единое целое. Его красивая теория была освистана и подверглась резкой научной критике.

Проблема заключалась в том, что теория Вегенера не предполагала никакого механизма движения материков. Критики издевательски заключили, что легковесные континенты, вероятно, не в состоянии бороздить твердую, неподатливую гладь океана. Никто, включая Вегенера, не мог представить себе силу, способную сдвинуть континенты с места. Плохую службу сослужило и то, что Вегенер был метеорологом, вторгшимся на территорию геофизики. Он умер во время экспедиции в Гренландию в 1930 году, а его теория была окончательно отвергнута и почти забыта.

Между тем, указания на механизм имелись повсеместно, но были одновременно слишком незаметными и слишком обширными, чтобы их увидеть. Как муравьи, карабкающиеся на глобус, люди не замечали очевидного. Должны были появиться новые мощные научные методы, чтобы выявить скрытые доказательства континентального дрейфа.

Сонары обнаружили таинственные горные хребты, напоминающие застежки-молнии и расположенные вдоль океанического дна. Магнитометры, буксируемые над дном, отметили симметричные, как у зебры, полосы магнитных аномалий. Сейсмографы, фиксирующие землетрясения, указали границы плит. И радиометрический анализ установил временную шкалу, ведущую в глубину веков.

Через три десятилетия после смерти Вегенера механизм тектоники плит стал очевиден с захватывающей дух ясностью. Континенты ничего не бороздят – они плывут на поверхности коры, как зефир на пластинке остывающего шоколада. А океаническая кора движется, как конвейер: новая кора образуется в зонах растекания океанического дна, а старая поглощается, разрушается или выпячивается в виде горных хребтов на рубежах, где встречаются плиты.

Элегантные объяснения, согласно Томасу Куну, – это растворитель, вымывающий связующее вещество из старых парадигм и оставляющий место для пришедших им на смену новых теорий. Тектоника плит получила всеобщее признание, не оставляющее места для сомнений, в середине 1960‑х годов. Несоответствия неожиданно приобрели смысл, а концы удалось свести с концами, чего никто не ожидал. Континенты превратились в бродяг, какими они всегда и были. Гималаи признали результатом столкновения индийской плиты с евразийской соседкой, и стало ясно, что в Африканской рифтовой долине рождается новый океан. Тайны рассыпались, как домино, под действием предсказаний красивой теории и ее элегантного объяснения. Скептики умолкли, а Вегенер был посмертно реабилитирован.

Почему некоторые морские черепахи мигрируют

Дэниел К. Деннетт

Философ, профессор и содиректор Центра когнитивных исследований Университета Тафтса; автор книги Breaking the Spell: Religion as a Natural Phenomenon («Разрушая чары: религия как природное явление»)

Мой выбор – объяснение, которое меня восхищает. Правдивое оно или ложное – я не знаю. Может быть, кто-нибудь, читающий Edge, сумеет авторитетно ответить на этот вопрос и приведет ссылки на соответствующую литературу. Мне бы очень хотелось в этом разобраться. Несколько лет назад мне рассказали, что некоторые виды морских черепах после спаривания на западном побережье Африки мигрируют через всю Южную Атлантику, чтобы отложить яйца на восточном побережье Южной Америки. Причина их такого странного поведения заключается в следующем: когда Гондвана только начала распадаться на отдельные континенты (между 130 и 110 миллионами лет назад), черепахи для откладки яиц просто переплывали узкий пролив. С каждым годом расстояние увеличивалось – примерно на дюйм, – но кто мог это заметить? В конечном счете, черепахи, чтобы отложить яйца, стали переплывать океан, разумеется, не имея ни малейшего представления, почему они ведут себя столь странным образом.

В этом примере восхищает то, что он живо иллюстрирует важные положения эволюции посредством естественного отбора: изменения происходят в течение миллионов лет настолько постепенно, что практически незаметны, а поведение животных по большей части бесцельно, даже если имеет приспособительный характер. Этот пример также показывает, что эволюционная гипотеза может быть с равным успехом подтверждена открытыми фактами (если они с ней согласуются) или опровергнута ими (если они ей противоречат).

Привлекательная гипотеза, подобная этой, – только начало, а не конец исследования. Критики часто высмеивают эволюционные гипотезы относительно доисторических событий как «сказки», но эти необоснованные обвинения не следует принимать во внимание. Тысячи подобных гипотез – первоначально возникших на шаткой основе, – были проверены и получили подтверждения, не оставлявшие места для сомнений. Тысячи других были проверены и отвергнуты. Другими словами, эти гипотезы оставались «сказками», пока не переставали ими быть. Таким путем развивается наука.

Я заметил, что существует закономерность в обвинениях в «сказочности»: почти без исключений они применяются к гипотезам об эволюции человека. Ведь никого, похоже, не смущает, что мы недостаточно знаем о воздействии окружающей среды на появление цветов или китов, чтобы уверенно рассуждать об их происхождении. Поэтому мое первое правило таково: если вы слышите определение «сказка» – ищите политический мотив. Практически всегда вы его найдете. Пусть некоторые эволюционные психологи выдвинули слабо обоснованные гипотезы об эволюции человека и не слишком настойчивы в поисках их подтверждения или опровержения, очевидно, что критика обращена к области исследований в целом, а не к конкретному методу или гипотезе. Так обстоит дело и со многими другими проблемами эволюционной биологии.

Горячая молодая Земля: бесспорно красиво и совершенно неверно

Карл Циммер

Ученый и писатель; автор книги Planet of Viruses («Планета вирусов»)

Около 4,567 миллиарда лет назад образовалось огромное облако пыли. В центре облака начало светить наше Солнце, в то время как внешние частицы пыли стали слипаться, вращаясь вокруг новой звезды. В течение миллионов лет эти скопления пыли превратились в протопланеты. За 50 миллионов лет наша собственная планета приобрела примерно половину нынешней массы. Так как другие протопланеты сталкивались с Землей, она продолжала расти. В общей сложности, потребовалось еще 50 миллионов лет, чтобы она достигла своего полноценного размера, – время, в течение которого планета размером с Марс врезалась в Землю, оставив память об этом событии, – нашу Луну.

Образование Земли поражает воображение – оно величественно. Но я бы не назвал приведенное мной объяснение элегантным. Ученые не вывели его из основных законов. Эквивалента уравнению e = mc², которое на основе происходивших в ранней Солнечной системе процессов предсказало бы появление обводненной планеты с условиями для жизни, не существует. На самом деле, причина, по которой мы так много знаем о происхождении Земли, состоит в том, что геологи избавились от заманчиво элегантного объяснения, которое довлело над ними 150 лет назад. Оно было бесспорно красиво и совершенно неверно.

А предложил его один из величайших физиков XIX века Уильям Томсон (он же лорд Кельвин). Вклад Кельвина в науку огромен. Он занимался и прикладными вещами (прокладка телеграфного кабеля из Европы в Америку), и теорией (первое и второе начала термодинамики). Большую часть своей деятельности Кельвин посвятил уравнениям, которые позволили бы подсчитать, как быстро остывают горячие предметы. Он понимал, что эти уравнения можно использовать для определения возраста Земли. «Математическая теория, на которой основаны эти оценки, очень проста»[38]38
  «On the Secular Cooling of the Earth», Trans. Roy. Soc. Edinburgh XXIII, 167–9 (1864). Read April 28, 1862.


[Закрыть], – заявил Кельвин, когда обнародовал свои вычисления в 1862 году.

К тому времени ученые в целом согласились с тем, что Земля первоначально представляла собой шар из расплавленной горной породы и с тех пор остывала. Такое происхождение объясняло, почему на дне шахт обнаруживается горячая порода: в первую очередь остыла поверхность Земли, а оставшееся внутри планеты тепло в дальнейшем улетучивалось в космос. Кельвин рассудил, что с течением времени планета будет постепенно остывать. Он использовал свои уравнения, чтобы подсчитать, сколько времени остывает шар из горной породы до современной температуры Земли с учетом наблюдаемой потери тепла. Его вывод – 98 миллионов лет.

Геологи бурно протестовали. Они не представляли себе возраст Земли, но мыслили не миллионами лет, а миллиардами. Чарлз Дарвин, который первоначально был геологом, подсчитал – чтобы эрозия превратила долину в Англии в ее нынешнее состояние, требуется 300 миллионов лет. Сама Земля, утверждал Дарвин, намного старше. И публикуя свою теорию эволюции, он по умолчанию считал, что Земля невообразимо стара. Избыток времени предоставлял возможность эволюции действовать медленно и незаметно.

Кельвину это было безразлично. Его объяснение представлялось таким элегантным, красивым и простым, что исключало ошибку. Неважно, сколько проблем оно создавало другим ученым, пренебрегавшим термодинамикой. Кельвин еще больше навредил геологам, когда проверил свои вычисления. Он посчитал, что первая оценка была слишком приблизительной. Возраст Земли – всего-навсего 10 миллионов лет.

Оказалось, что Кельвин ошибался, но не потому, что его уравнения были некрасивыми или неэлегантными. Они безупречны. Проблема состояла в модели Земли, которую Кельвин взял за основу для своих вычислений.

История опровержения теории Кельвина была несколько искажена в последующие годы. Многие люди (включая меня) ошибочно полагали, что его заблуждение проистекало из неведения о существовании радиации. Радиоактивность открыли только в начале 1900‑х годов, когда появилась квантовая физика. Физик Эрнест Резерфорд пришел к выводу, что тепло, выделяемое радиоактивными атомами, распадающимися внутри Земли, согревает ее дольше, чем ранее предполагалось. Таким образом, горячая Земля – это не молодая Земля.

При распаде радиоактивных элементов действительно выделяется тепло, но его недостаточно, чтобы компенсировать тепло, отдаваемое планетой в космос. Но главной ошибкой Кельвина было предположение, что Земля представляет собой просто твердый шар. На самом деле горная порода течет, как сироп: нагревание поднимает ее к земной коре, где она остывает и вновь опускается в глубину. Это перемешивание служит причиной землетрясений, перемещает старую кору вглубь планеты и образует новую кору в виде океанических горных хребтов. Благодаря этому процессу кора нагревается в значительно большей степени, чем предполагал Кельвин.

Это не означает, что радиоактивность не сыграла свою роль в доказательстве неправоты Кельвина. Физики поняли, что радиоактивный распад представляет собой часы, по которым они могут оценить возраст горных пород с высокой точностью. Таким образом, мы можем теперь сказать, что возраст Земли не просто несколько миллиардов лет, а 4,567 миллиарда.

Элегантность, несомненно, играет существенную роль в развитии науки. Математическая простота квантовой физики радует взор. Но в руках геологов квантовая физика вывела на свет блистательную, запутанную и очень неэлегантную историю нашей планеты.

Теория сексуальных конфликтов

Дэвид М. Басс

Профессор психологии Техасского университета в Остине; соавтор книги (с Синди М. Местон) Why Women Have Sex («Почему женщины занимаются сексом»)

Замечательная параллель возникла между исторически несвязанными между собой науками: биологией и психологией. Биологи традиционно рассматривают размножение как наследственное кооперативное предприятие. Самец и самка составляют пару, чтобы разделить обязанности по воспроизведению общего потомства. Психология в подобных отношениях считает нормой романтическую гармонию. Конфликты и раньше, и теперь служат признаком функциональных нарушений. Кардинальное переосмысление этих взглядов произошло благодаря теории сексуальных конфликтов.

Сексуальные конфликты происходят тогда, когда индивидуальные репродуктивные интересы самца и самки не совпадают – или, точнее, не совпадают «интересы» их генов. Теория сексуальных конфликтов приводит множество обстоятельств, при которых разногласия предсказуемы и неизбежны.

Рассмотрим мошенничество на рынке сексуальных отношений. Если мужчина планирует краткосрочные отношения, а женщина, которая его сексуально привлекает, – долгосрочные, то конфликт между ними практически неотвратим. Мужчины могут имитировать длительную привязанность, заинтересованность или эмоциональное участие, чтобы добиться сексуального контакта, что противоречит долгосрочной стратегии женщин. Мужчины разработали изощренные тактики сексуальной эксплуатации; со своей стороны, женщины позиционируют себя в качестве бесценных сексуальных партнеров и успешно овладевают помыслами мужчин. И в один прекрасный день мужчина просыпается с мыслью, что жить не может без этой женщины, – вот один из вариантов тактики «заманить и подловить» из арсенала женщин.

Даже создав однажды романтическую пару, мужчина и женщина преследуют разные эволюционные цели. Сексуальная неверность женщины может принести ей выгоду в виде генов лучшего качества для потомства, что оборачивается катастрофой для ее незадачливого партнера, который невольно тратит собственные ресурсы на ребенка соперника. С точки зрения женщины, неверность мужчины представляет опасность потери ресурсов в пользу соперницы и их детей, а также угрозу окончательной утраты покровительства мужчины. Сексуальная, эмоциональная и материальная неверность – настолько распространенные причины сексуальных конфликтов, что психологи даже подобрали для них специальные названия.

Но не все потеряно. Как красноречиво заметила эволюционный биолог Хелена Кронин, сексуальные конфликты возникают из сексуального сотрудничества. Для сексуального сотрудничества четко определены следующие эволюционные условия: полностью моногамные отношения; отсутствие вероятности обмана или неверности; наличие потомства – средства сохранения общего генетического наследия; невозможность перераспределения общих ресурсов родственникам одного из партнеров. Такие условия иногда встречаются, что приводит к любви и гармонии между мужчиной и женщиной.

Преобладание недоверия, обмана, сексуального принуждения, насилия, убийства и многих других форм неверности показывает, что конфликт между полами носит повсеместный характер. Теория сексуальных конфликтов – логическое следствие современной эволюционной генетики – дает наиболее красивое теоретическое обоснование этим темным сторонам человеческих сексуальных отношений.

Истоки исторического превосходства

Дэвид Пизарро

Профессор психологии Корнелльского университета

Одно из наиболее элегантных объяснений, которое я когда-либо встречал в социальных науках, появилось благодаря Джареду Даймонду и изложено в его замечательной книге «Ружья, микробы и сталь». Даймонд попытался ответить на очень сложный и исторически неоднозначный вопрос – почему одни общества получили историческое преимущество перед другими, – основываясь на различиях в природном окружении, где эти общества возникли, таких как наличие растений и животных, которых можно одомашнить.

Эти различия, утверждает Даймонд, предоставляют ряд особых преимуществ, например устойчивость к заболеваниям, и служат непосредственной причиной исторического успеха некоторых обществ. Я не являюсь специалистом в этой области и понимаю, что объяснение Даймонда может быть ошибочным. Тем не менее обращение к подобным основополагающим механизмам для объяснения широкого круга разнообразных фактов выглядит настолько убедительным, что я надеюсь, он прав.

Роль личности в истории

Ховард Гарднер

Профессор теории познания и образования Гарвардского университета; автор книги Truth, Beauty and Goodness Reframed: Education for the Virtues in the 21st Century («Переосмысление правды, красоты и доброты: воспитание добродетелей в XXI веке»)

Я считаю себя ученым, и теория эволюции занимает почетное место в моем сознании. Я социолог и имею также определенные представления о других социальных науках, включая экономику. Тем не менее я не склонен соглашаться с попытками объяснить все человеческое поведение только эволюционной психологией, теорией рационального выбора в экономике или сочетанием этих концепций.

На планете с почти семимиллиардным населением меня поражает, как много может значить один человек. Представьте себе классическую музыку без Моцарта или Стравинского; живопись без Караваджо, Пикассо или Поллока; драму без Шекспира или Беккета. Подумайте о неизмеримом вкладе в искусство Микеланджело или Леонардо, а в наше время – о проявлении глубоких чувств по поводу смерти Стива Джобса (или, если уж на то пошло, Майкла Джексона и принцессы Дианы). Подумайте об общечеловеческих ценностях в отсутствие Моисея или Христа.

Увы, не все индивидуальности вносят положительный вклад. История XX века была бы более благополучной, если бы не Гитлер, Сталин и Мао (или в XXI столетии – бен Ладен). Но в противовес этим индивидуальностям иногда появляются более достойные фигуры: Конрад Аденауэр в Германии, Михаил Горбачев в Советском Союзе, Дэн Сяопин в Китае. Они разительно отличаются от своих предшественников.

Я считаю Махатму Ганди самым выдающимся представителем человечества за последнее тысячелетие. Его достижения в Индии говорят сами за себя. Но даже если бы жизненная энергия и идеи Ганди оказались не востребованы в его собственной стране, его учение оказало бы (и так и случилось) огромное влияние на сторонников ненасильственного сопротивления во всем мире. Это Нельсон Мандела в Южной Африке, Мартин Лютер Кинг в Соединенных Штатах и множество людей на площадях Тяньаньмэнь в 1989 и Тахрир в 2011 годах.

Несмотря на похвальные усилия ученых докопаться до основ поведения человечества, я продолжаю настаивать на вкладе отдельных личностей или небольших групп, действующих вопреки всему. Как ученые, мы не можем и не станем заметать эти частные случаи под ковер исследований. Мы должны помнить знаменитое наставление антрополога Маргарет Мид: «Никогда не сомневайтесь, что горстка мыслящих самоотверженных граждан может изменить мир; в действительности, это единственное, что его может изменить».