Текст книги "Эта идея должна умереть. Научные теории, которые блокируют прогресс"

Эта идея должна умереть. Научные теории, которые блокируют прогресс
Под редакцией Джона Брокмана

Ричарду Докинзу, Дэниелу Деннетту,

Джареду Даймонду и Стивену Пинкеру – пионерам

Третьей Культуры

Ed. by John Brockman

This Idea Must Die

Печатается с разрешения фонда Edge Foundation, Inc. и литературного агентства Brockman, Inc.

Издано при поддержке Политехнического музея.

© 2015 by Edge Foundation, Inc.

© Перевод. С. Меринов, П. Миронов, 2016

© Издание на русском языке. AST Publishers, 2017

Исключительные права на публикацию книги на русском языке принадлежат издательству AST Publishers. Любое использование материала данной книги, полностью или частично, без разрешения правообладателя запрещается.

Благодарности

Благодарю Лори Сантос, предложившую вопрос Edge.org этого года, а также Пола Блума и Джонатана Хайдта за уточнения этого вопроса. Как всегда, благодарю Стюарта Брэнда, Кевина Келли, Джорджа Дайсона и Стивена Пинкера за их постоянную поддержку. Я также хочу поблагодарить Питера Хаббарда из издательства HarperCollins. Я в долгу перед моим агентом Максом Брокманом, который разглядел перспективу для этой книги, и, как всегда, перед Сарой Липпинкотт за ее вдумчивую и тщательную редактуру.

Джон Брокман,

издатель и редактор Edge.org

Вопрос Edge.ORG 2014 года

Наука идет вперед, делая новые открытия и развивая новые идеи. Мало какие по-настоящему новые идеи могут развиваться, если сначала не отброшены старые. Как заметил физик-теоретик Макс Планк (1858–1947):

Обычно новые научные истины побеждают не так, что их противников убеждают и они признают свою неправоту, а большей частью так, что противники эти постепенно вымирают, а подрастающее поколение усваивает истину сразу[1]1
  Здесь и далее цитаты из «Научной автобиографии» Макса Планка даны в переводе В. С. Кудрявцева. – Здесь и далее – примеч. ред., если не оговорено иное.


[Закрыть].

Другими словами, наука развивается через череду похорон. Но зачем так долго ждать?

КАКОЙ НАУЧНОЙ ИДЕЕ ПОРА В ОТСТАВКУ?

Идеи меняются, меняются и времена, в которые мы живем. Возможно, самая большая перемена сегодня – это степень перемен. Итак, какую устоявшуюся научную идею пора отодвинуть в сторону, чтобы наука могла идти вперед?

Теория всего
Джеффри уэст

Физик-теоретик, почетный профессор и бывший президент Института Санта-Фе.

Всего?.. Постойте-ка. Ставить под сомнение Теорию Всего – это, наверное, все равно что бить лежачего: я наверняка не первый, кого раздражает это явное преувеличение. Будем откровенны: если вы называете свою область исследований «Теория Всего», то это отдает одновременно самонадеянностью и наивностью. Хотя термин вошел в обиход сравнительно недавно и, кажется, уже сам умирает естественной смертью, это словосочетание (хотя, конечно же, не стоящая за ним научная попытка) должно быть изъято из серьезной научной литературы и дискуссии.

Позвольте мне развить свою мысль. Поиск широкомасштабных обобщений, закономерностей, идей и концепций, выходящих за узкие пределы конкретных проблем или дисциплин, – это один из великих вдохновляющих импульсов для науки и ученых. Вероятно, это к тому же и определяющая черта Homo sapiens sapiens (возможно, само удвоение слова sapiens в этом определении – некий отзвук поэтического признания этого факта). Подобно изобретению богов и Бога, концепция Теории Всего подразумевает величайшее прозрение из всех, вдохновение всех вдохновений, а именно: мы можем вместить и постичь всю полноту мироздания с помощью краткой инструкции – в данном случае небольшого набора математических уравнений. Однако, как и концепция Бога, эта идея может дезориентировать и интеллектуально опасна.

В число великих классических обобщений входят законы Ньютона, которые научили нас, что небесные законы ничем не отличаются от земных; открытия Максвелла, показавшего единство электричества и магнетизма и привнесшего в нашу жизнь ощущение эфемерного эфира вокруг нас; теория естественного отбора Дарвина, которая напомнила нам, что мы, в конечном счете, – всего лишь животные и растения; и законы термодинамики, которые предполагают, что мы не вечны. Каждая из этих обобщающих теорий оказала глубокое влияние на человечество – они не только изменили наш взгляд на мир, но и заложили основы технических достижений, создавших тот уровень жизни, которым многие из нас имеют привилегию наслаждаться. Тем не менее все эти обобщения в разной степени неполны. Конечно, осознание их прикладной и прогностической ограниченности, продолжающийся поиск исключений, нарушений и «дыр» в этих теориях – все это провоцирует постановку еще более глубоких вопросов, стимулирует научный прогресс и порождает новые идеи, научные методы и концепции.

Одну из таких грандиозных научных проблем представляет собой поиск Великой Единой Теории элементарных частиц и их взаимодействий, а также ее дальнейшее расширение вплоть до окончательного понимания Вселенной и самого́ происхождения пространства-времени. Такая теория должна была бы базироваться на компактном наборе поддающихся математическому описанию универсальных принципов, которые могли бы интегрировать и объяснять все фундаментальные силы природы – от гравитации и электромагнетизма до слабых и сильных ядерных взаимодействий, – включив в себя законы Ньютона, квантовую механику и общую теорию относительности.

Были бы предсказаны все фундаментальные величины, такие как скорость света, размерность пространства-времени и массы элементарных частиц; были бы выведены уравнения, по которым зарождалась и эволюционировала Вселенная до формирования галактик, и так далее. Вот что такое Теория Всего. Попытка ее сформулировать – это действительно выдающаяся и чрезвычайно амбициозная научная задача, которой более полувека были заняты тысячи исследователей и которая стоила миллиарды долларов. По любой мерке, эта работа, все еще далекая от достижения цели, была грандиозно успешной: она привела, например, к открытию кварка и бозона Хиггса, к черным дырам и Большому взрыву, к квантовой хромодинамике и к теории струн… и ко многим Нобелевским премиям.

Однако – Теория Всего? Это вряд ли. Объяснить разом происхождение жизни, животный мир, структуру клетки, мозга и сознания, устройство городов и корпораций, любви и ненависти и так далее? Как возникли чрезвычайные разнообразие и сложность, которые мы наблюдаем на Земле? Упрощенный ответ такой: это неизбежный результат взаимодействий и динамики, являющихся составными частями Теории. Время развивается из геометрии и динамики струн, Вселенная расширяется и остывает, а иерархия – от кварков к нуклонам, от них к атомам и молекулам, клеткам, мозгу, эмоциям и всему остальному – вдруг выстроится сама собой, словно некий deus ex machina. Стоит «всего лишь» открыть кран и наполнить Теорию все более сложными уравнениями и вычислениями, которые, предположительно, в принципе могут быть решены с любой необходимой степенью точности. С качественной точки зрения, эта экстремальная версия редукционизма может претендовать на некоторую обоснованность, но в ней явно Кое-чего не хватает.

Это Кое-что включает такие концепции, как информация, зарождение, мутации, исторические случайности, адаптация и отбор – то есть все свойства сложных адаптивных систем, будь то организмы, общества, экосистемы или экономики. Эти системы состоят из множества отдельных компонентов (агентов), которые, однако, имеют общие для всех, коллективные черты – как правило, непредсказуемые (во всяком случае, в деталях) на основе характеристик отдельного компонента, даже если известна динамика их взаимодействия. В отличие от ньютоновой парадигмы, на которой основана Теория Всего, полная динамика и структура сложных адаптивных систем не могут быть описаны ограниченным набором уравнений. А в большинстве случаев, наверное, и бесконечным числом уравнений! Более того, предсказать тот или иной уровень точности просто невозможно, даже в принципе.

Итак, возможно, самое удивительное в нашей воображаемой Теории Всего заключается в том, что она предполагает следующее: по большому счету, наша Вселенная, включая ее происхождение и эволюцию, – это пусть и чрезвычайно сложно устроенный феномен, но по сути дела он не сложен, а, наоборот, удивительно прост – поскольку может быть описан ограниченным числом уравнений. Возможно, даже одним-единственным уравнением.

Это разительно контрастирует с тем, что мы видим здесь, на Земле, где мы являемся частью одних из самых разнообразных, сложных и хаотических процессов во всей Вселенной, для понимания которых требуются дополнительные и, возможно, нематематизируемые концепции.

Поэтому, аплодируя поискам Великой Единой Теории, которая могла бы объединить все главные силы природы, давайте отвергнем ее претензию на то, что она может в принципе объяснить и предсказать Все. Вместо этого давайте лучше начнем параллельно искать Великую Единую Теорию Сложности. Разработать количественную, аналитическую, принципиальную, прогностическую концепцию, которая могла бы объяснить сложные адаптивные системы, – вот подлинно великий вызов для XXI века. Как все великие обобщения, эта теория неизбежно останется неполной, но все равно бесспорно приведет к созданию важнейших – а возможно, и революционных – новых научных идей, концепций и методов.

Унификация
Марсело Глейзер

Физик-теоретик, Дартмутский колледж. Автор книги The Island of Knowledge: The Limits of Science and the Search for Meaning[2]2
  Марсело Глейзер. Остров знаний. Пределы досягаемости большой науки / пер. с англ. М. Кленницкой. СПб.: Питер, 2017. (Pop Science).


[Закрыть].

Вот! Я это сказал! Почтеннейшей идее Унификации пора уходить. Я не имею в виду мелкие упрощения, которые мы, ученые, ищем постоянно, пытаясь связать как можно меньшее число принципов с как можно большим числом природных процессов и явлений. Такого рода научная экономность – одна из важных основ того, чем мы занимаемся: мы ищем и мы упрощаем. В течение веков ученые, следуя этому девизу, творили настоящие чудеса: закон всемирного тяготения Ньютона, законы термодинамики, электромагнетизм, универсальное поведение в фазовых переходах…

Проблемы начинаются, когда мы заходим с этой идеей слишком далеко и начинаем искать суперунификацию, Теорию Всего, архиредукционистское предположение, согласно которому все силы природы представляют собой проявление одной-единственной силы. Именно этой идее пора на покой. И я говорю это с тяжелым сердцем, потому что на заре своей карьеры и в годы становления как ученого мной во многом двигало как раз стремление унифицировать все.

Идея унификации очень стара – стара, как сама европейская философия. Уже «отец философии» Фалес Милетский (VII–VI вв. до н. э.) постулировал, что «все есть вода», предложив таким образом единый материальный принцип для описания всей природы. Платон обратился к абстрактным геометрическим формам как архетипическим структурам в основании всего, что нас окружает. Математика стала равна красоте, а красота – истине. Поэтому в постплатоновскую эпоху наивысшие устремления были нацелены на то, чтобы дать чисто математическое объяснение всему сущему: всеобъемлющий космический чертеж, шедевр высшего разума. Нет необходимости уточнять, что этот чертеж существовал только в нашем сознании, хотя довольно часто приписывался некоему туманному «Божественному разуму». Мы объясняем мир, думая о нем. Выйти за пределы нашего разума мы не можем.

Желание все унифицировать глубоко укоренилось в душах математиков и физиков-теоретиков – от приверженцев программы Ленглендса до сторонников теории суперструн. Но вот в чем тут проблема: чистая математика – это не физика. Сила математики как раз и заключается в ее отстранении от физической реальности. Математик может создать любую Вселенную и играть с ней в любые игры. А физик не может; его работа состоит в том, чтобы описывать природу такой, какой мы ее ощущаем. Тем не менее игра в унификацию стала со времен Галилея составной частью физики и породила то, что и должна была породить: приблизительные унификации.

В самом деле, даже наиболее священные из наших унификаций – это лишь приближения. Возьмем, например, электромагнетизм. Уравнения, описывающие электричество и магнетизм, абсолютно симметричны только при отсутствии любых источников заряда или магнетизма – то есть в пустом пространстве. Или возьмем знаменитую (и прекрасную) Стандартную модель в физике элементарных частиц, основанную на «объединении» электромагнетизма и слабых ядерных взаимодействий. На самом деле здесь мы тоже не видим подлинного объединения, потому что в этой теории постоянно присутствуют две силы. (Или, если воспользоваться более профессиональным жаргоном, две константы взаимодействия и две калибровочные группы.) Реальная унификация, такая, как предложенное сорок лет назад гипотетическое Великое объединение сильных, слабых и электромагнитных сил, так до сих пор и не достигнута.

Итак, что же происходит? Почему так много ученых настойчиво ищут нечто Единое в природе, тогда как сама природа неустанно доказывает нам, что ее суть – во Множестве?

С одной стороны, стремление ученых к унификации имеет крипторелигиозный характер. Европейская цивилизация уже несколько тысяч лет купается в монотеизме, но даже в политеистических культурах почти всегда имеется один верховный бог или дух (Зевс, Ра, Парабрахман). С другой стороны, есть что-то очень притягательное в том, чтобы свести всю природу к одному созидательному принципу: расшифровать план «Божественного разума» – это что-то особенное, это значило бы ответить на зов свыше. Чистые математики, верующие в реальность математических истин, – это монахи тайного ордена, открытого только для посвященных. В случае с физикой высоких энергий все объединяющие теории базируются на изощренной математике, связанной с чисто геометрическими структурами, на вере в то, что в эфирном мире математических истин таится главный код всей природы и что мы можем его расшифровать.

Результаты последних экспериментов были просто катастрофическими для адептов этой веры: не обнаружено никаких следов суперсимметричных частиц, новых измерений пространства или какой-либо темной материи – всех этих желанных аргументов в пользу унификационной физики. Может быть, что-то и появится; чтобы найти, надо искать. Проблема с унификацией в физике высоких энергий состоит в том, что ее всегда можно отодвинуть за рамки экспериментальных доказательств: «Большой адронный коллайдер достиг 7 ТэВ (тераэлектронвольт) и ничего не нашел? Не проблема! Кто сказал, что природа предпочитает самые простые версии унификации? Может, все это происходит на гораздо более высоких уровнях энергии, до которых нам еще далеко!»

В таком подходе нет ничего плохого. Вы можете в это верить до самой своей смерти, и вы умрете счастливым человеком. Или вы можете сделать вывод, что лучше всего нам удается создавать примерные модели того, как работает природа, и что симметрии, которые мы находим, – это всего лишь описания того, что на самом деле происходит. Совершенство было бы слишком тяжким бременем для природы.

Люди часто склонны считать такие аргументы пораженческими, исходящими от кого-то, кто разочаровался и сдался (с такой же интонацией говорят: «Он утратил веру»). Это большая ошибка. Поиск простоты – это критически важная часть того, что делают ученые. И я тоже это делаю. У природы есть внутренние организационные принципы, и законы, которые мы открываем, позволяют прекрасно их описать. Но закон не один, их много. Мы – рациональные млекопитающие, которые успешно ищут модели. Уже одно это – повод для празднования. Но давайте не путать наши описания и модели с реальностью. Мы можем хранить образ совершенства в своем воображении как некую небесную музу. А природа между тем делает свое дело. И то, что нам удается уловить отблески ее внутренней работы, – это просто чудесно. И этого вполне достаточно.

Простота
Энтони Грейлинг

Философ. Основатель и директор Нового колледжа гуманитарных наук, Лондон. Внештатный профессор Колледжа Св. Анны, Оксфорд. Автор книги The God Argument: The Case Against Religion and for Humanism («Аргумент о Боге: дело против религии и за гуманизм»).

Когда две гипотезы одинаково подтверждены фактами и обладают равной прогностической силой, то для выбора одной из них могут использоваться ненаучные критерии – например, какая из них лучше сочетается с уже утвердившимися теориями. А также эстетические качества самих конкурирующих гипотез – которая из них более изящна, более элегантна, более красива… и, конечно, какая из них проще.

Простота – это всегда нечто вожделенное в науке, и в поиске простоты мы разбираем сложные явления на составные части. Стремление к простоте покоится на предположении, что в природе должна действовать некая единая сила, а гравитационные, слабые электрические и сильные ядерные взаимодействия – всего лишь ее проявления. А это предположение, в свою очередь, есть следствие общей идеи о том, что может существовать единый тип вещества (или материи, или поля, или пока немыслимого чего-то), из которого вырастает все многообразие – вырастает, следуя принципам столь же фундаментальным и столь же простым.

При всей неотразимой притягательности идеи простоты нет никаких гарантий, что сама природа испытывает к простоте такой же интерес, как и те, кто пытается природу описать и исследовать. И если идея эмерджентных свойств[3]3
  Несводимость свойств системы к сумме свойств ее компонентов.


[Закрыть] все еще пользуется спросом, то биологические сущности могут быть полностью объяснены лишь исходя из их собственных свойств – то есть во всей полноте их сложности, хотя и с обязательным учетом их структуры и строения.

У сложности есть два измерения: во-первых, это длина сообщения, которое необходимо для описания явления, а во-вторых, продолжительность эволюционной истории явления. С этой точки зрения картина Джексона Поллока сложна по первому измерению и проста по второму, тогда как гладкая галька на пляже проста по первому измерению и сложна по второму. Простоту, к которой стремится наука, можно представить как сокращение длины описания – например, сведение описания к уравнению. Но не получится ли здесь обратной пропорции между достигнутым уровнем простоты и полученным при этом уровнем погрешности?

Конечно, было бы очень хорошо, если бы все в конечном счете оказывалось простым или поддавалось простому описанию. Но некоторые вещи можно лучше и более точно объяснить лишь в их сложности – и тут опять на ум приходят биологические системы. Сопротивление этой слишком диссипативной форме редукционизма поможет опровергнуть нелепые обвинения в том, что наука не видит в жемчужине ничего, кроме симптома болезни устрицы.

Вселенная
Сет Ллойд

Профессор квантовой механики, Массачусетский технологический институт. Автор книги Programming the Universe: A Quantum Computer Scientist Takes on the Cosmos[4]4
  Сет Ллойд. Программируя Вселенную. Квантовый компьютер и будущее науки / пер. Анны Стативки. М.: Альпина нон-фикшн, 2014.


[Закрыть].

Да-да, я знаю. Вселенной уже примерно 13,8 миллиарда лет, и она, вероятно, проживет еще 100 миллиардов лет или больше. Кроме того, если Вселенной пора на пенсию, то куда ее поселить? Штат Флорида для нее маловат… Но точно пора отправить на пенсию научную идею, которой всего 2500 лет и которая гласит, что Вселенная – это простой объем пространства и времени, вмещающий в себе все. Космология XXI века решительно настаивает: то, что мы видим в космосе – звезды, галактики, пространство и время от момента Большого взрыва, – не включает в себя всю реальность. Космос, купи себе кондоминиум.

Итак, что же такое Вселенная? Чтобы проверить свои знания, закончите следующее предложение. Вселенная …

(а) … состоит из всех вещей, видимых и невидимых, – то есть она была, есть и будет.

(b) … возникла 13,8 миллиарда лет назад в ходе колоссального Большого взрыва и включает в себя все планеты, звезды, галактики, пространство и время.

(c) … была вылизана с соленых краев первичной огнедышащей ямы языком гигантской коровы.

(d) … это все вышеперечисленное.

(Правильный ответ смотрите ниже.)

Идея Вселенной как наблюдаемого и поддающегося измерению объекта существует уже тысячи лет. Эти наблюдения и измерения были столь успешны, что сегодня мы знаем о происхождении Вселенной больше, чем о происхождении жизни на Земле. Но успех наблюдающей космологии привел нас к тому, что больше невозможно отождествить Вселенную в терминах вышеприведенного ответа (а) с наблюдаемым космосом (ответ (b)). Те самые наблюдения, которые установили подробную историю Вселенной, предполагают, что наблюдаемый космос – это лишь ускользающе малая часть бесконечной Вселенной. Конечное количество времени, прошедшего после Большого взрыва, означает, что наши наблюдения простираются чуть дальше, чем на 10 миллиардов световых лет от Земли. За горизонтом наших наблюдений на еще большие расстояния простирается все то же – пространство, заполненное галактиками и протянутое в бесконечность. Сколько бы времени ни существовала Вселенная, нам будет доступна только ее конечная часть, тогда как бесконечный объем Вселенной будет всегда оставаться вне нашего знания. Вся Вселенная в целом непознаваема, за исключением ее исчезающе малой части.

Это большой удар. Научная концепция Вселенная в целом равна наблюдаемой Вселенной признала свое поражение. Может быть, в этом нет ничего страшного. Что плохого во Вселенной, которая простирается на бесконечное, не поддающееся познанию пространство? Но нам наносят всё новые удары. Чем глубже космологи вгрызаются в прошлое, тем больше они находят указаний на то, что, к лучшему это или к худшему, за горизонтом нашего знания лежит нечто большее, чем просто бесконечное пространство. Используя экстраполяцию по времени назад к Большому взрыву, космологи выявили эпоху, которая называется инфляцией и в которую Вселенная многократно удваивалась в размере за малую долю секунды. По большей части пространство-время состоит из чего-то очень быстро расширяющегося. Наша собственная Вселенная, сама по себе бесконечная, – это всего лишь «пузырек», образовавшийся в этом инфляционном море.

Дальше – хуже. Инфляционное море содержит бесчисленное множество других пузырьков, каждый из которых тоже представляет собой бесконечную самостоятельную вселенную. В разных пузырьках законы физики могут принимать разные формы. В каком-то другом пузырьке-вселенной электрон имеет другую массу. Еще в одном пузырьке электронов просто не существует. Поскольку многопузырьковая вселенная состоит не из одного, а из многих космосов, ее часто называют Мультивселенной. Эти беспорядочность, непостоянство Мультивселенной могут показаться совсем непривлекательными (Уильям Джеймс, который ввел в употребление слово «Мультивселенная», называл ее «гулящей девкой»), но от них никуда не деться. Последний удар по идее единства Вселенной наносят законы квантовой механики, которые фиксируют, что Вселенная продолжает постоянно расщепляться на много историй или на много миров, и мир, который мы наблюдаем опытным путем, – лишь один из них. В других мирах содержатся события, которые не происходили в нашем мире.

Через две тысячи лет после ее зарождения представлению о Вселенной как наблюдаемом космосе пришел конец. За пределами досягаемости нашего ви́дения существует бесконечная россыпь галактик. За пределами этой бесконечной россыпи, в инфляционном море постоянно возникают и лопаются бесконечное множество пузырьков-вселенных. Ближе к нам, но столь же недосягаемые, плодятся и размножаются множественные миры квантовой механики. Космолог из Массачусетского технологического института Макс Тегмарк называет эти три вида разрастающихся реальностей мультивселенными типа I, типа II и типа III. Но ведь где-то это должно закончиться? Вообще говоря, единая, доступная наблюдению Вселенная выглядела более достойно.

Однако не все так безнадежно. Множественность сама по себе представляет собой некое единство. Мы сейчас знаем, что Вселенная содержит в себе больше, чем мы когда-либо сможем увидеть, услышать или потрогать. Вместо того чтобы видеть в множественности физических реалий проблему, давайте лучше смотреть на нее как на благоприятную возможность.

Предположим, что все, что могло бы существовать, действительно существует. Мультивселенная – это не дефект, а особенность. Нам надо быть осторожными: набор всех явлений, которые могли бы существовать, – это скорее предмет метафизики, нежели физики. Тегмарк и я показали, что с небольшим ограничением мы тем не менее можем отступить от грани метафизики. Предположим, что физическая Мультивселенная содержит вещи, которые локально конечны – в том смысле, что любая конечная вещь может быть описана конечным объемом информации. Набор локально конечных явлений хорошо определен математически: он состоит из явлений, поведение которых можно смоделировать на компьютере (точнее говоря, на квантовом компьютере). Поскольку и та Вселенная, которую мы наблюдаем, и разнообразные другие вселенные локально конечны, то все они содержатся в этой поддающейся вычислениям Вселенной. В том числе (где-то там) – гигантская корова.

Правильный ответ на тест: (с).