Во что мы верим, но не можем доказать: Знаменитые учёные о вечных вопросах науки

Откуда появилась жизнь на Земле? Сколько планет обитаемы? Как зародилась Вселенная? Почему скорость света такая непреодолимая? Что такое разум? 

Научные фантасты давным-давно придумали свои ответы на вечные вопросы, но настоящую правду мы до сих пор не знаем. Новые технологии, запуски спутников, МКС, космические программы, МРТ, современные способы наблюдения за животными обнадеживают: в ближайшие десятилетия мы, вероятнее всего, обнаружим то, о чём могли только мечтать многие поколения до нас. 

В 1996 году был создан проект Edge Foundation, который представляет собой площадку для обмена гипотезами и мнениями среди современных учёных, теоретиков и практиков. Основатель Edge Джон Брокман выдвинул идею «третьей культуры»: «К ней относятся учёные и мыслящие практики, которые благодаря своей работе и внятным высказываниям вытесняют традиционных интеллектуалов в формировании зримых глубинных смыслов нашей жизни, по-новому определяя, кто мы и что мы.

Проект Edge — торжество идей третьей культуры, новое сообщество интеллектуалов в действии. Они представляют здесь свои исследования, идеи и комментируют работу и идеи других мыслителей третьей культуры. Они понимают, что их гипотезам необходима критика. В итоге возникает острая научная дискуссия, посвящённая важнейшим вопросам цифровой эры и ведущаяся в весьма напряжённой атмосфере, где умение по-настоящему думать торжествует над анестезиологией мудрости».

Вопрос, который Брокман задаёт каждому учёному на проекте, очень прост и при этом эффективен: во что вы верите, но не можете доказать? Нобелевские лауреаты, популяризаторы науки, ведущие специалисты в своих областях с удовольствием задают себе этот вопрос и делятся ответами с коллегами на сайте.

Собрав самые интересные предположения учёных, Брокман опубликовал сборник эссе «Во что мы верим, но не можем доказать. Интеллектуалы XXI века о современной науке», который в русскоязычном варианте выпустило издательство «Альпина нон-фикшн» в 2012 году.

FURFUR публикует отрывок из книги, в котором собраны размышления выдающихся учёных и теоретиков: изобретателя и обладателя Национальной медали за достижения в области новых технологий Рэя Курцвейла о скорости света; главного редактора журнала Discover Magazine Стивена Петранека, профессор натурфилософии австралийского центра астробиологии университета Макуори Пола Дэвиса и физика Кеннета Форда о жизни во Вселенной; двух лауреатов Нобелевской премии по физике Леона Ледермана и Филипа Андерсона о теории струн; профессора Массачусетского технологического института Алекса Пентланда о коллективном разуме.

Джон Брокман

писатель

Вопрос, который Брокман задаёт каждому учёному на проекте, очень прост и при этом эффективен: во что вы верите, но не можете доказать?

Мы могли бы отправить в космос крохотных самовоспроизводящихся роботов, летящих со скоростью света, в сопровождении электромагнитных волн, содержащих необходимое программное обеспечение. 

Мы найдём способ преодолеть скорость света, и она уже не будет предельной скоростью передачи информации.

Мы расширяем возможности своих компьютеров и систем коммуникаций и внутри, и снаружи. Чипы становятся всё меньше, и при этом мы вкладываем всё больше материальных ресурсов и энергии в вычисления и коммуникации (каждый год мы производим все больше чипов). Через десять или двадцать лет мы перейдём от двумерных чипов к трёхмерным самоорганизующимся схемам, состоящим из молекул. В конце концов мы дойдём до предела материи и энергии, способных поддерживать растущий объём вычислений и коммуникаций.

Мы приближаемся к пределу развития внутрь (т. е. использования всё более мелких устройств), но наши вычисления продолжат распространяться вовне, с помощью материалов, уже существующих на Земле, например углерода. В итоге мы исчерпаем ресурсы нашей планеты, но продолжим расширять своё влияние вовне — на другие части Солнечной системы и за её пределы.

Как скоро это произойдёт? Мы могли бы отправить в космос крохотных самовоспроизводящихся роботов, летящих со скоростью света, в сопровождении электромагнитных волн, содержащих необходимое программное обеспечение. Эти нанороботы могли бы колонизировать дальние планеты.

Здесь мы приближаемся к пределу, который на первый взгляд представляется непреодолимым, — к скорости света. Может показаться, что миллиард футов в секунду — это очень быстро, но Вселенная простирается на такие расстояния, что скорость света оказывается основным ограничением, с которым развитая цивилизация (которой мы надеемся стать) может расширять своё влияние.

Но есть предположение, что эта граница не так непреодолима, как может показаться. Физики Стив Ламоро и Джастин Торгерсон из Лос-Аламосской Национальной лаборатории проанализировали данные древнего природного ядерного реактора, два миллиарда лет назад создавшего реакцию деления ядра, длившуюся несколько сотен тысяч лет. Этот реактор находился в регионе, который мы сейчас называем Западной Африкой. Анализируя радиоактивные изотопы, оставшиеся от этого реактора и сравнивая их с изотопами современных ядерных реакторов, учёные выяснили, что физическая константа α (альфа, которую также называют постоянной тонкой структуры), определяющая силу электромагнитного излучения, два миллиарда лет назад имела другое значение. Скорость света обратно пропорциональна α, и обе эти величины считаются неизменными. Похоже, α уменьшилась. Если эта гипотеза подтвердится, это будет значить, что скорость света увеличилась.

Несомненно, открытый космос полон сложных молекул — а не просто атомов, — необходимых для жизни.

Я верю, что жизнь распространена по всей Вселенной; не пройдёт и десяти лет, как мы обнаружим другую планету, похожую на Землю.

Вообще-то, вполне достаточно просто математических доказательств: существуют миллионы галактик, в каждой из них — миллионы звёзд, а вокруг многих из этих звёзд вращаются планеты. Уже только эти цифры показывают, что отсутствие жизни во Вселенной маловероятно. Но есть и другие доказательства. До сих пор мы обнаружили больше 150 планет, вращающихся вокруг ближайших звёзд нашего маленького уголка Млечного пути. Это говорит о том, что только в Млечном пути существует бесчисленное число планет. Возможно, некоторые из них похожи на Землю — как минимум они такого же размера, хотя почти все обнаруженные нами планеты — газообразные гиганты, и жизнь на них — как на Юпитере или Сатурне — вряд ли возможна.

Пять недавних открытий указывают на то, что скоро мы обнаружим внеземную жизнь.

Первое. Проект NASA по исследованию Марса обнаружил неопровержимые доказательства того, что равнина под названием Плато Меридиана когда-то была покрыта солёным морем. И теперь единственный вопрос, связанный с тем, была ли когда-нибудь жизнь на Марсе, заключается в том, как долго существовало это море, дважды в истории Марса омывавшее Плато Меридиана. Успела ли в нём зародиться жизнь? Возможно, на этот вопрос ответит космический корабль «Феникс», который должен приземлиться на ледяной шапке северного полюса Марса в мае 2008 года, чтобы исследовать её историю и взаимодействие с атмосферой.

Второе. В феврале 2005 года, изучив снимки, сделанные космическим аппаратом Mars Express Orbiter, учёные объявили, что недалеко от экватора планеты найдено замёрзшее озеро размером с земное Северное море.

Третье. В июле 2004 года команда астрофизиков сообщила, что радиоизлучение газового облака Стрелец В2, расположенного рядом с центром Млечного пути, указывает на присутствие молекул альдегида, что может свидетельствовать о существовании предбиологической жизни. Альдегиды участвуют в формировании аминокислот, основных компонентов протеинов. Те же учёные ранее сообщали о том, что обнаружили в космосе скопления других органических молекул, в том числе гликольальдегида — проще говоря, сахара. Несомненно, открытый космос полон сложных молекул — а не просто атомов, — необходимых для жизни. Возможно, кометы в других солнечных системах переносят эти молекулы на планеты. Точно так же кометы нашей Солнечной системы могли «занести» их на Землю.

Один из самых главных вопросов бытия звучит так: одиноки ли мы во Вселенной? Наука не даёт никаких убедительных ответов — ни положительных, ни отрицательных

Один из самых главных вопросов бытия звучит так: одиноки ли мы во Вселенной? Наука не даёт никаких убедительных ответов — ни положительных, ни отрицательных. Вполне возможно, что жизнь возникла благодаря странной причуде химии, настолько невероятной, что она случилась лишь однажды за всю обозримую историю Вселенной — и в результате появились мы. С другой стороны, может оказаться, что жизнь существует на всех планетах, похожих на Землю. Мы просто не знаем об этом, потому что нам известен всего один пример. Но ни один из нынешних научных принципов не подтверждает того, что жизнь возникла из неживой материи случайно, сама по себе. Ни один закон физики или химии не доказывает, что живая материя может возникнуть из неживой. Физика и химия, насколько нам известно, совершенно равнодушны к жизни.

Но я не верю, что жизнь возникла случайно. Я думаю, что Вселенная полна жизни. Я не могу этого доказать; возможно, человечество никогда не найдёт доказательств. Если мы обнаружим жизнь в нашей Солнечной системе, скорее всего, окажется, что она пришла с Земли (или наоборот) вместе с осколками метеоритов. А о путешествиях за пределы нашей Солнечной системы пока можно только мечтать. Можно лишь надеяться, что мы создадим достаточно чувствительные инструменты, способные обнаружить с орбиты Земли наличие жизни на других планетах. Если это и не исключено, то технически невероятно сложно.

Почему я думаю, что мы не одиноки? Ведь до сих пор нет никаких доказательств внеземного существования жизни. Я не сторонник популярного, но ошибочного довода, что Вселенная так велика, что где-то в ней обязательно должна быть жизнь. Простая статистика показывает, что подобные утверждения не выдерживают критики. Если жизнь — результат случайного химического события, её появление настолько маловероятно, что вряд ли это случится дважды, даже на триллионах триллионов планет. Я верю, что мы не одиноки совсем по другой причине: жизнь представляется мне неотъемлемым и вовсе не случайным свойством природы. Она встроена в грандиозную космическую схему на самом глубинном уровне и поэтому, вероятно, существует повсюду.

Я делаю столь смелое заявление, потому что живая материя создала разум, а благодаря разуму появился тот, кто не только наблюдает Вселенную, но способен понимать её с помощью науки, математики и абстрактного мышления. И это вряд ли можно назвать приукрашиванием космической драмы. Скорее, это сногсшибательный и неожиданный бонус. Каким-то образом жизнь встраивается в функционирование космоса, вступая в резонанс со скрытым математическим порядком, на котором она держится. И это удивляет меня больше всего.

Я верю в существование жизни за пределами нашей планеты, потому что химия, кажется, жаждет жизни и потому что жизнь, однажды возникнув, распространяется во всех направлениях.

Я верю, что микробные формы жизни существуют где-то ещё в нашей Галактике.

Я даже не говорю «где-то ещё во Вселенной». Если мое предположение верно, то оно будет доказано спустя одно-два поколения, и поэтому лучше ограничусь нашей Галактикой. Готов спорить, что мои предположения верны.

Я верю в существование жизни за пределами нашей планеты, потому что химия, кажется, жаждет жизни и потому что жизнь, однажды возникнув, распространяется во всех направлениях. История Земли свидетельствует о том, что химические вещества создают жизнь практически из любых компонентов, для этого нужно лишь немного воды и любой источник энергии; более того, эта жизнь проникает во все уголки и щели, практически при любой температуре, кислотности, атмосферном давлении, освещении и т. д.

Но верить в существование разумной жизни в других местах Галактики — другое дело. Я желаю удачи ребятам из программы SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence — поиск внеземного разума) и аплодирую их усилиям. Но микробы населяли Землю в течение как минимум 75% времени её существования, а разумные формы жизни находятся здесь совсем недолго в истории планеты — возможно, всего 0,02% (и почти всё это время они не умели отправлять сигналы в космос). Вероятно, разумные формы жизни окажутся жизнестойкими — этого мы пока не знаем. Но зато мы знаем, что микробные формы жизни остаются устойчивыми.

Теперь предположим: на Марсе когда-то была жизнь, а теперь её там нет. Если так, это открытие окажется весьма отрезвляющим для человечества. Больше, чем вид нашей маленькой голубой планеты с Луны; больше, чем открытия Коперника, Галилея и Ньютона, показавшие, что мы — не центр Вселенной; возможно, даже больше, чем открытие жизни в других местах Галактики. 

Верить во что-то, зная, что это невозможно доказать (пока), — суть физики. Ребята вроде Эйнштейна, Дирака, Пуанкаре и других восхваляли красоту концепций и по какой-то странной причине считали, что истина не столь важна.

Мой друг, физик-теоретик, так верил в теорию струн («Она не может не быть правдой!»), что его даже пригласили дать показания в «судебном процессе», где теория струн выступала противником теории петлевой квантовой гравитации. Представитель противной стороны был настроен скептически. «Что даёт вам на это право?» — спросил он.

«Видите ли, — ответил мой друг, — без всяких сомнений, я лучший физик-теоретик в мире». Этого оказалось достаточно, чтобы убедить противника. Но когда «свидетель» спустился с трибуны, его обступили возмущённые коллеги. «Как вы можете делать столь возмутительные заявления?» — вопрошали они. Физик-теоретик стал оправдываться: «Коллеги, ну как вы не понимаете! Я же был под присягой!»

Верить во что-то, зная, что это невозможно доказать (пока), — суть физики. Ребята вроде Эйнштейна, Дирака, Пуанкаре и других восхваляли красоту концепций и по какой-то странной причине считали, что истина не столь важна. Примеров этому так много, что я готов присоединиться к высокомерию моих научных наставников, утверждавших, что Бог (также известный как Господь, он же — Отче), создавая Вселенную, совершил пару-тройку ошибок, сделав выбор в пользу обычной правды, а не головокружительно чудесной математики. Такой грубый недостаток уверенности в способностях Творца всегда оказывался весьма опрометчивым. Поэтому, когда оказалось, что действие глубокоуважаемого и красивого закона зарядово-зеркальной симметрии нарушается слабым взаимодействием весьма экзотичных частиц, боль от утраты простоты и гармонии была значительно смягчена открытием отсутствия симметрии между частицами и античастицами. Эта связь была увлекательна — казалось, что одновременное отражение в зеркале и изменение частиц на античастицы создают новую, ещё более красивую и мощную симметрию: СР-симметрию, которая показала нам связь между пространством (отражением в зеркале) и электрическим зарядом. Как глупо было бы потерять веру в фундаментальную красоту природы! Эта обновлённая вера осталась с нами, даже когда выяснилось, что СР-симметрия тоже несовершенна.

«Это значит, — считаем мы теперь, — что впереди нас ждет что-то ещё более прекрасное!» Природа нас не разочарует. Мы верим в это, хотя и не можем доказать.

Что, если каждый из нас — элемент коллективного интеллекта, обладающий при этом отдельным сознанием? 

Что, если каждый из нас — элемент коллективного интеллекта, обладающий при этом отдельным сознанием? Тогда можно было бы ожидать, что коллективный разум время от времени напоминал бы о себе, непосредственно управляя отдельными умами. Разъярённые и испуганные толпы иногда считают примерами коллективного разума в действии: в толпе возникают нелингвистические каналы коммуникации, подавляющие способность к рациональному поведению отдельного человека.

Но каким бы мощным ни было подобное групповое давление, обычно его считают просто свидетельством слабости рационального мышления отдельной личности, примитивной поведенческой системой, обеспечивающей безопасность племени в трудные времена. Конечно, такой племенной разум не действует в рамках нормального, ежедневного поведения — или всё же действует? Если бы человеческое поведение было во многом основано на коллективном племенном разуме, можно было бы ожидать, что нелингвистическая система социальных сигналов — подобная той, которая движет поведением толпы, — действовала бы даже в самых рациональных и важных человеческих взаимодействиях. Как в танце пчелы, так и в этой системе были бы нелингвистические сигналы, точно предсказывающие важные поведенческие результаты.

Именно это я и обнаружил. Вместе с членами моей исследовательской группы мы создали компьютерную систему, регистрирующую и оценивающую ряд нелингвистических социальных сигналов, например, заинтересованность, подражание, деятельность и стресс. Эта система анализирует «тон голоса» человека с интервалом в одну минуту. Люди крайне редко осознают тон своего голоса. Но другие исследователи (Яффе, Шартран и Барг, Франс, Каген) показали, что фиксация подобного поведения позволяет прогнозировать развитие у детей речи, способность к сопереживанию, депрессии и даже развитие личности ребёнка. Мы обнаружили, что можем использовать подобные измерения передачи социальных сигналов для точного прогнозирования самых разных поведенческих результатов.

Примеры объективного и инструментального поведения, результат которого мы можем точно предсказывать, включают переговоры о зарплате, решение о том, пойти ли на свидание, и роли в социальной иерархии. Среди примеров субъективных предсказаний — выбор нового сотрудника из нескольких кандидатов, проявление сочувствия или интереса к другому человеку. Точные прогнозы даже для длительных взаимоотношений можно сделать, понаблюдав всего в течение первых нескольких минут. При этом лингвистическое содержание поведения, похоже, не слишком влияет на прогноз.

Я считаю, что эти данные поразительны. Мы исследуем некоторые из самых важных взаимодействий, возможных между людьми: поиск партнёра, устройство на работу, переговоры о зарплате, определение своего места в социальной иерархии. К этим действиям мы готовимся и интеллектуально, и стратегически, иногда в течение десятилетий. И всё же во многом не осознаём социальных сигналов, возникающих в начале взаимодействия, хотя они прогнозируют его результаты гораздо точнее, чем любые аспекты контекста (Привлекателен ли он? Достаточно ли у неё опыта?) или содержание разговора (выбранная стратегия убеждения, аргументы и т. д.).