Kitobni o'qish: «Структура реальности. Наука параллельных вселенных»

Name: Структура реальности. Наука параллельных вселенных
Author: Дэвид Дойч
ISBN: 978-5-9614-3713-3

Дэвид Дойч

Shrift:

Издательство благодарит Russian Quantum Center, Сергея Белоусова и Виктора Орловского за помощь в подготовке издания

Редактор Игорь Лисов

Редактор Russian Quantum Center Александр Сергеев

Руководитель проекта А. Тарасова

Корректор М. Миловидова

Компьютерная верстка А. Фоминов

Дизайнер обложки Ю. Буга

* * *

Посвящается памяти Карла Поппера, Хью Эверетта и Алана Тьюринга, а также Ричарду Докинзу. В этой книге их идеи восприняты всерьез.

Предисловие

Если и существует единая мотивация для взгляда на мир, изложенного в этой книге, она заключена в том, что главным образом благодаря ряду экстраординарных научных открытий мы обладаем сейчас некоторыми чрезвычайно глубокими теориями о структуре реальности. Если мы хотим понять мир не поверхностно, а более глубоко, нам помогут эти теории и разум, а не наши предрассудки, приобретенные мнения, и даже не здравый смысл. Наши лучшие теории не только истиннее здравого смысла, но в них гораздо больше смысла, чем в здравом смысле. Мы должны воспринимать их серьезно: не просто как практическую основу соответствующих областей, а как объяснение мира. Я полагаю, что мы сможем достичь величайшего понимания, если будем рассматривать их не по отдельности, а совместно, поскольку они связаны неразделимым образом.

Может показаться странным, что это предложение – постараться выработать рациональное и самосогласованное мировоззрение на основе наших лучших, наиболее фундаментальных теорий – является совершенно беспрецедентным и вызывает серьезные разногласия. Но на практике получается именно так. Одна из причин заключается в том, что каждая из этих теорий, когда ее воспринимают серьезно, влечет крайне контринтуитивные следствия. Поэтому предпринимаются всевозможные попытки избежать встречи с этими следствиями: теории специально изменяют или дают им иные интерпретации, произвольно сужают область их применимости или просто применяют на практике, не делая далеко идущих выводов. Я буду критиковать некоторые подобные попытки (ни одна из которых, по-моему, и гроша ломаного не стоит), но только в том случае, когда такая критика является удобным способом объяснения самих теорий. Главная цель этой книги – не защищать эти теории, а исследовать, какой была бы структура реальности, если бы эти теории оказались истинными.

Благодарности

Развитию идей, описанных в этой книге, в значительной степени способствовали беседы с Брайсом ДеВиттом, Артуром Экертом, Майклом Локвудом, Энрико Родриго, Деннисом Сиамой, Фрэнком Типлером, Джоном Уилером и Колей Вулфом.

Я выражаю благодарность своим друзьям и коллегам Рут Чанг, Артуру Экерту, Дэвиду Джонсон-Дэвису, Майклу Локвуду, Энрико Родриго и Коле Вулфу, своей маме Тикве Дойч и своим издателям Кэролайн Найт и Рави Мирчандани (издательство Penguin Books) и Джону Вудраффу, и особенно Саре Лоренс за внимательное и критичное чтение первых черновиков этой книги, а также за множество предложенных ими исправлений и улучшений. Также я признателен всем, кто читал и комментировал части рукописи, включая Харви Брауна, Стива Грэхема, Росселлу Лупаччини, Свейна Олава Нюберга, Оливера и Гарриет Стримпел, а в особенности Ричарда Докинза и Фрэнка Типлера.

1. Теория Всего

Помню, когда я был еще ребенком, мне говорили, что в древние времена очень образованный человек мог знать все, что было известно. Кроме того, мне говорили, что в наше время известно так много, что ни один человек даже за всю свою жизнь не в состоянии изучить больше крошечной частички этого знания. Последнее удивляло и разочаровывало меня. Я просто отказывался в это поверить. Вместе с тем я не знал, как оправдать свое неверие. Но такое положение вещей меня определенно не устраивало, и я завидовал древним ученым.

Не то чтобы я хотел заучить все факты, перечисленные в энциклопедиях мира: напротив, я ненавидел зубрежку. Не таким способом я надеялся получить возможность узнать все, что только было известно. Даже если бы мне сказали, что ежедневно появляется столько публикаций, сколько человек не сможет прочитать и за целую жизнь, или что науке известно 600 000 видов жуков, это не разочаровало бы меня. Я не горел желанием проследить за полетом каждого воробья. Более того, я никогда не считал, что древний ученый, который, как предполагалось, знал все, что было известно, стал бы занимать себя чем-то подобным. Я иначе представлял себе то, что может считаться известным. Под «известным» я подразумевал понятое.

Сама мысль о том, что один человек в состоянии понять все, что понято, может показаться фантастической, однако фантастики в ней куда меньше, чем в мысли о том, что один человек сможет запомнить все известные факты. К примеру, никто не сможет запомнить все известные результаты научных наблюдений даже в такой узкой области, как движения планет, но многие астрономы понимают эти движения настолько полно, насколько их можно понять. Это становится возможным, потому что понимание зависит не от знания множества фактов как таковых, а от наличия правильных концепций, объяснений и теорий. Одна сравнительно простая и понятная теория может охватить бесконечно много неудобоваримых фактов. Лучшей теорией планетарного движения является общая теория относительности Эйнштейна, которая в самом начале XX века вытеснила теории гравитации и движения Ньютона. Теория Эйнштейна в принципе предсказывает не только все движения планет, но и все остальные эффекты гравитации, и согласуется с нашими самыми точными измерениями. Дело в том, что, когда теория предсказывает что-либо «в принципе», это означает, что предсказание логически следует из теории, даже если на практике для получения некоторых таких предсказаний необходимо произвести больше вычислений, чем мы способны осуществить технически или физически в той вселенной, которую мы знаем.

Способность предсказывать или описывать что-либо, даже достаточно точно, совсем не равноценна пониманию этого. В физике предсказания и описания часто выражаются в виде математических формул. Допустим, я запомнил формулу, из которой при наличии времени и желания мог бы вычислить любое положение планет, которое когда-либо было записано в архивах астрономов. Что же я в этом случае выиграл бы по сравнению с непосредственным заучиванием архивов? Формулу проще запомнить, но ведь найти число в архивах может быть даже проще, чем вычислить его из формулы. Истинное преимущество формулы в том, что ее можно использовать в бесконечном множестве случаев помимо архивных данных, например, для предсказания результатов будущих наблюдений. С помощью формулы можно также получить более точное историческое положение планет, потому что архивные данные содержат ошибки наблюдений. И все же несмотря на то, что формула охватывает бесконечно больше фактов, чем архив наблюдений, знать ее не значит понимать движения планет. Факты невозможно понять, попросту собрав их в формулу, так же как нельзя понять их, просто записав или запомнив. Факты можно понять только после объяснения. К счастью, наши лучшие теории наряду с точными предсказаниями содержат глубокие объяснения. Например, общая теория относительности объясняет гравитацию на основе новой четырехмерной геометрии искривленных пространства и времени. Она точно объясняет, каким образом эта геометрия воздействует на материю и подвергается воздействию материи. В этом объяснении и заключается полное содержание теории; а предсказания движений планет – это всего лишь некоторые следствия, выводимые из этого объяснения.

Общая теория относительности так важна не потому, что она может чуть более точно предсказать движение планет, чем теория Ньютона, а потому, что она открывает и объясняет такие аспекты действительности, о которых ранее не подозревали – например, искривление пространства и времени. Это типично для научного объяснения. Научные теории объясняют объекты и явления в нашей жизни, опираясь на лежащую в их основе фундаментальную реальность, которую мы не воспринимаем непосредственно. Но способность теории объяснить то, что мы ощущаем, – не самое ценное ее качество. Самое ценное заключается в том, что она объясняет саму структуру реальности. Как мы увидим, одно из самых ценных, значимых и полезных качеств человеческой мысли – ее способность открывать и объяснять структуру реальности.

Однако некоторые философы, и даже ученые, недооценивают роль объяснения в науке. Для них основная цель научной теории заключается не в объяснении чего-либо, а в предсказании результатов экспериментов: все содержание теории заключено в формуле предсказания. Они считают, что годится любое непротиворечивое объяснение, которое теория может дать своим предсказаниям, равно как и отсутствие объяснения, – до тех пор, пока ее предсказания верны. Такой взгляд называется инструментализмом (поскольку в этом случае теория – всего лишь «инструмент» для предсказаний). Саму мысль о том, что наука может позволить нам понять скрытую реальность, лежащую в основе наших наблюдений, инструменталисты считают ложной и тщеславной. Они не понимают, каким образом то, о чем говорит научная теория помимо предсказания результатов экспериментов, может быть чем-то бо́льшим, чем пустые слова. В частности, объяснения они считают вспомогательными психологическими приспособлениями – чем-то вроде художественных элементов, включаемых в теории, чтобы сделать их занимательнее и облегчить запоминание. Лауреат Нобелевской премии, физик Стивен Вайнберг¹, явно говорил с позиций инструментализма, сделав следующий невероятный комментарий к объяснению гравитации Эйнштейном:

«Важно иметь возможность сделать предсказания относительно изображений на фотопластинках астрономов, частот спектральных линий и т. п., а то, припишем ли мы эти прогнозы физическому воздействию гравитационных полей на движение планет и фотонов [как это было в физике до Эйнштейна] или искривлению пространства и времени, просто не имеет значения» (Gravitation and Cosmology, p. 147).

Вайнберг и другие инструменталисты ошибаются. То, что мы приписываем изображениям на астрономических фотопластинках, имеет значение, и не только для физиков-теоретиков вроде меня, у которых мотивацией для написания формул и изучения теорий как раз и является лучше понять мир. (Я уверен, что эта мотивация присуща и Вайнбергу: вряд ли его стимулирует одно лишь желание предсказывать изображения и спектры!) Дело в том, что даже для чисто практического применения прежде всего важна объяснительная сила теории, а уж потом, в качестве дополнения, – ее предсказательные возможности. Если это вас удивляет, представьте, что на земле появился инопланетный ученый и преподнес нам ультравысокотехнологичный «оракул», который может предсказать результат любого эксперимента, но без каких-либо объяснений. Если верить инструменталистам, то как только мы получим этот оракул, или предсказатель, наши научные теории нам будут нужны разве что для развлечения. Но так ли это? Каким образом оракул можно было бы использовать практически? В некотором смысле он содержал бы знания, необходимые для того, чтобы построить, скажем, межзвездный корабль. Но как именно он бы пригодился нам при строительстве такого корабля, или при создании другого подобного предсказателя, или даже при усовершенствовании мышеловки? Оракул всего лишь предсказывает результаты экспериментов. Следовательно, чтобы вообще использовать его, нам сначала нужно знать, о каких экспериментах его можно спрашивать. Если бы мы дали предсказателю проект космического корабля и информацию о предполагаемом испытательном полете, он мог бы сказать нам, как поведет себя корабль во время этого полета. Но спроектировать космический корабль предсказатель не смог бы. И даже если бы он сообщил нам, что спроектированный нами космический корабль взорвется при запуске, он не смог бы сказать нам, как предотвратить этот взрыв. Эту проблему снова пришлось бы решать нам. А прежде чем ее решить, прежде чем приступить хоть к какому-то усовершенствованию конструкции, нам пришлось бы понять, кроме всего прочего, принцип работы космического корабля. И только тогда у нас появилась бы возможность узнать, почему он может взорваться при запуске. Предсказание – пусть даже самое совершенное, универсальное предсказание – не способно заменить объяснение.

Сходным образом и в научных исследованиях оракул не может дать нам ни одной новой теории. Только в том случае, если у нас уже есть теория и мы придумали эксперимент для ее проверки, можно было бы спросить его, что произойдет, если подвергнуть эту теорию данному испытанию. Таким образом, предсказатель заменил бы вовсе не теории – он заменил бы эксперименты. Он избавил бы нас от затрат на испытательные лаборатории и ускорители частиц. Вместо того чтобы строить опытные образцы космических кораблей и рисковать жизнью летчиков-испытателей, все испытания мы могли бы проводить на земле, посадив летчиков в пилотажные тренажеры, поведение которых определялось бы предсказаниями оракула.

Предсказатель мог бы быть весьма полезен во многих ситуациях, но его полезность всегда будет зависеть от способности людей решать научные проблемы точно так же, как они вынуждены делать это сейчас, а именно – изобретая объяснительные теории. Он даже не может заменить все эксперименты, поскольку на практике его способность предсказать результат какого-то частного эксперимента зависит от того, что проще: достаточно точно описать этот эксперимент, чтобы оракул дал полезный ответ, или провести эксперимент в действительности. Таким образом, для связи с предсказателем нужен своего рода «пользовательский интерфейс». Возможно, описание эксперимента придется вводить на каком-то стандартном языке, причем одни эксперименты было бы труднее описать, чем другие. На практике описание многих экспериментов оказалось бы слишком сложным для ввода. Таким образом, предсказатель имел бы те же основные достоинства и недостатки, что и любой другой источник экспериментальных данных, и был бы полезен только в тех случаях, когда обращение к нему оказывалось бы удобнее, чем к другим источникам.

Можно посмотреть на ситуацию и другим способом: такой оракул уже существует рядом с нами, и это – физический мир. Он сообщает нам результат любого возможного эксперимента, если мы спрашиваем его на правильном языке (т. е. если мы проводим эксперимент), хотя в некоторых случаях нам не очень удобно «вводить описание эксперимента» в требуемой форме (т. е. создавать некий прибор и управлять им). И он тоже не дает никаких объяснений.

В немногих практических случаях, например, при прогнозе погоды, оракул, обладающий исключительно предсказательной функцией, устроил бы нас почти в той же степени, как и объяснительная теория. Но даже в этом случае это справедливо лишь при условии, что сделанный оракулом прогноз погоды является полным и совершенным. На практике прогнозы погоды неполны и несовершенны, и, чтобы скомпенсировать неточность, в них включают объяснения того, как метеорологи получили тот или иной прогноз. Объяснения позволяют нам судить о надежности прогноза и вывести дальнейшие предсказания с учетом нашего месторасположения и наших нужд. К примеру, для меня есть разница, чем будет вызвана ветреная погода, которую прогнозируют на завтра: ожидаемой близостью района с высоким атмосферным давлением или более отдаленным ураганом. В последнем случае я был бы более осторожным. Метеорологам самим необходимы объяснительные теории о погоде, чтобы они могли угадать, какие приближения можно допустить при компьютерном моделировании погоды, какие дополнительные наблюдения обеспечат более точный и своевременный прогноз погоды и т. п.

Таким образом, идеал инструменталистов, олицетворяемый нашим воображаемым оракулом, а именно – научная теория, лишенная своего объяснительного содержания, будет иметь очень ограниченную полезность. Так будем благодарны, что реальные научные теории не похожи на этот идеал и что ученые в действительности к нему не стремятся.

Крайняя форма инструментализма, называемая позитивизмом (или логическим позитивизмом), утверждает, что все положения, отличные от тех, которые описывают или предсказывают наблюдения, не только излишни, но и бессмысленны. И хотя в соответствии с этим критерием в самой доктрине отсутствует смысл, она тем не менее господствовала в науке всю первую половину XX столетия! Идеи инструменталистов и позитивистов широко распространены даже сегодня. Причина такой их внешней убедительности заключается в том, что, хотя предсказание не является целью науки, оно является характерной чертой научного метода. Этот научный метод включает выдвижение новой теории для объяснения некоторого класса явлений, затем проведение решающей экспериментальной проверки – такого эксперимента, для которого старая теория предсказывает один видимый результат, а новая теория – другой. Затем теория, предсказания которой оказались ложными, отвергается. Таким образом, результат решающего эксперимента, который позволяет сделать выбор между двумя теориями, зависит от предсказаний теорий, а не напрямую от их объяснений. Именно отсюда истекает ошибочное представление, что в научной теории нет ничего, кроме предсказаний. Однако экспериментальная проверка – это далеко не единственный процесс, обеспечивающий рост научного знания. Подавляющее большинство теорий отвергли не потому, что они не прошли проверку экспериментом, а потому, что они давали плохие объяснения. Мы отвергаем такие теории, даже не проверяя их. Например, рассмотрим следующую теорию: съев килограмм травы, можно вылечиться от простуды. Эта теория делает предсказание, которое можно проверить на опыте: если люди попробуют лечиться травой и найдут это неэффективным, будет доказана ее ложность. Но эту теорию никогда не проверяли экспериментально и, возможно, никогда не будут проверять, потому что она не дает объяснений: она не объясняет ни механизм лечения, ни что бы то ни было еще. Поэтому мы справедливо полагаем, что она ложная. Всегда есть бесконечно много возможных теорий такого рода, совместимых с существующими наблюдениями и предлагающих новые предсказания, и у нас не хватило бы ни времени, ни средств, чтобы проверить их все. Мы проверяем те новые теории, которые выглядят более обещающими для объяснения вещей, чем доминирующие сегодня.

Утверждать, что предсказание – цель научной теории, значит путать средства и цели. Точно так же можно сказать, что цель космического корабля – сжигать топливо. На самом деле горение топлива – это лишь один из многих процессов, которые корабль должен выполнить для достижения своей действительной цели, то есть для транспортировки полезного груза из одной точки космического пространства в другую. Успешная экспериментальная проверка – это лишь один из многих шагов, которые теория должна пройти для достижения истинной цели науки, состоящей в объяснении мира.

Как я уже сказал, объяснения неизбежно включают то, чего мы не наблюдаем непосредственно: атомы и силы; внутреннее строение звезд и вращение галактик; прошлое и будущее; законы природы. Чем глубже объяснение, тем к более отдаленным от непосредственного опыта сущностям оно должно обращаться. Однако эти сущности не являются вымышленными: напротив, они часть самой структуры реальности.

Объяснения часто порождают предсказания, по крайней мере, в принципе. В самом деле, если что-то вообще можно предсказать, то достаточно полное объяснение должно обеспечивать столь же полное предсказание (помимо всего прочего). Однако можно объяснить и понять многие очевидным образом непредсказуемые вещи. Например, вы не можете предсказать, какие номера выдаст хорошая, симметричная рулетка. Но если вы понимаете, что именно в конструкции и действии рулетки делает ее беспристрастной, то вы сможете объяснить, почему невозможно предсказать номера. И опять: знание о том, что рулетка является честной, не равноценно пониманию того, что делает ее таковой.

И я говорю именно о понимании, а не просто о знании (или описании, или предсказании). Поскольку понимание приходит через объяснительные теории, и благодаря высокой общности таких теорий, быстрый рост числа зафиксированных фактов не обязательно усложняет понимание всего, что понято. Тем не менее большинство людей считает (и именно так мне говорили в детстве), что с ошеломляющей скоростью растет не только количество записанных фактов, но также количество и сложность теорий, через которые мы познаем мир. Следовательно, говорят они, не важно, было или нет такое время, когда один человек мог понять все, что было понято, в наше время это точно невозможно, и это становится все более и более невозможным по мере роста нашего знания. Может показаться, что каждый раз, когда появляется новое объяснение или методика, существенная для данного предмета, приходится добавлять еще одну теорию к списку, который должен выучить любой, кто желает понять предмет. Когда же количество таких теорий в любом предмете становится слишком большим, появляются специализации. Физика, к примеру, разделилась на астрофизику, термодинамику, физику элементарных частиц, квантовую теорию поля и многие другие части. Теоретическая основа каждой из них по крайней мере столь же обширна, как вся физика была сто лет назад, и многие уже распадаются на подспециализации. Кажется, что, чем больше открытий мы делаем, тем дальше и тем более безвозвратно нас уносит в век узких специалистов, и тем более далекими становятся те гипотетические древние времена, когда понимание обычного человека могло охватить все, что только было понято.

Человека, столкнувшегося с этим огромным и быстро растущим списком теорий, созданных человеческой расой, можно простить за его сомнения в том, что один индивидуум способен за свою жизнь отведать каждое блюдо и самостоятельно, как это могло быть когда-то, оценить все известные рецепты. Однако объяснение – необычная пища: большую порцию не обязательно труднее проглотить. Теорию может вытеснить новая теория, более точная, с бо́льшим количеством объяснений, но и более простая для понимания. В этом случае старая теория становится лишней, и мы понимаем больше, а учим меньше. Именно это и произошло, когда теория Николая Коперника о том, что Земля движется вокруг Солнца, вытеснила сложную систему Птолемея, которая помещала Землю в центр вселенной. Иногда новая теория может упрощать существующую, как в случае, когда арабские (десятичные) цифры заменили римские. (В данном случае теория выражена неявно. Каждая система записи делает определенные операции, высказывания и мысли о числах проще, чем другие системы, и, следовательно, воплощает некую теорию о том, какие отношения между числами являются полезными или интересными.) Новая теория может также объединять две старые теории, давая нам больше понимания, чем при их использовании по отдельности, как это произошло, когда Майкл Фарадей и Джеймс Клерк Максвелл объединили теории электричества и магнетизма в одну теорию электромагнетизма. Более удачные объяснения любого предмета обычно косвенным образом ведут к совершенствованию методологии, концепций и языка, с помощью которых мы пытаемся понять другие предметы, а следовательно, по мере возрастания нашего знания в целом его структура может становиться более доступной для понимания.

Часто бывает так, что даже после того, как старые теории включаются в новые, они не забываются полностью. Даже римские цифры все еще используются сегодня в определенных случаях. Те громоздкие методы, с помощью которых люди когда-то вычисляли, что XIX, умноженное на XVII, равно CCCXXIII, уже не применяются всерьез, но даже сейчас они несомненно известны и понятны кому-то, например, историкам математики. Означает ли это, что человек не может понять «все, что понято», не зная римских цифр и их загадочной арифметики? Совсем нет. Современный математик, который по какой-то причине никогда не слышал о римских цифрах, тем не менее уже обладает полным пониманием связанной с ними математики. Узнав о римских цифрах, этот математик приобретет не новое понимание, а всего лишь новые факты – исторические факты, факты о свойствах некоторых произвольно определенных символов, но не новое знание о самих числах. Он уподобится зоологу, который учится переводить названия видов на иностранный язык, или астрофизику, который узнает, каким образом люди различных культур группируют звезды в созвездия.

Необходимо ли знание арифметики римских цифр для понимания истории – отдельный вопрос. Можно допустить, что какая-то историческая теория – какое-то объяснение – зависит от определенных методов, которые древние римляне использовали для умножения. Ведь есть же предположение о том, например, что их особые методы строительства водопроводов из свинцовых труб, отравлявших питьевую воду, внесли свой вклад в падение Римской империи! Если так, то нам следует узнать, какие это были методы, если мы хотим понять историю, а следовательно, и понять все, что понято. Но ни одно современное объяснение истории не связано с методикой умножения чисел, так что наши сведения относительно этих методов – не более чем констатация фактов. Все, что понятно, может быть понято и без заучивания этих фактов. Мы в любое время можем посмотреть в справочник, если, например, расшифровываем древний текст, в котором эти методы упоминаются.

Постоянно разграничивая понимание и «просто» знание, я не хочу преуменьшить важность зафиксированной, но не объясняющей информации. Такая информация безусловно важна для всего: от воспроизводства микроорганизма (который содержит такую информацию в молекулах ДНК) до самого абстрактного человеческого мышления. Чем же тогда отличается понимание от простого знания? Что есть объяснение, если противопоставить его констатации факта, такой как точное описание или предсказание? На практике мы обычно легко видим разницу. Мы знаем, когда чего-то не понимаем, даже если мы можем точно описать и предсказать это (например, течение известной болезни неизвестного происхождения), и также мы знаем, когда объяснение улучшает наше понимание. Но дать точное определение понятий «объяснение» или «понимание» сложно. Грубо говоря, они скорее отвечают на вопрос «почему», чем на вопрос «что»; затрагивают внутреннюю суть вещей; описывают их реальное, а не кажущееся состояние; говорят о том, что должно быть, а не просто что случается; определяют законы природы, а не эмпирические правила. Эти понятия также связаны с согласованностью, красотой и простотой в противоположность произвольному и сложному, хотя ни одному из этих понятий тоже нельзя дать простого определения. Но в любом случае понимание – это одна из высших функций человеческого мозга и разума, и эта функция уникальна. Многие другие физические системы, например, мозг животных, компьютеры и другие машины, способны усваивать факты и действовать в соответствии с ними. Но в настоящее время мы не знаем ничего, кроме человеческого разума, что было бы способно понять объяснение и, главное, желало бы его получить. Каждое открытие нового объяснения и каждый акт понимания существующего объяснения зависит от уникальной человеческой способности мыслить творчески.

То, что произошло с римскими цифрами, можно рассматривать как процесс «разжалования» объяснительной теории до простого описания фактов. Подобное снижение статуса теорий происходит постоянно по мере роста нашего знания. Изначально римская система цифр действительно формировала часть концептуальной и теоретической системы взглядов, посредством которой люди, использовавшие их, понимали мир. Но сейчас то понимание, которое когда-то достигалось таким образом, – не более чем крошечный аспект гораздо более глубокого понимания, воплощенного в современных математических теориях и неявно – в современной записи чисел.

Это иллюстрирует еще одно свойство понимания. Можно понимать что-то, не осознавая, что понимаешь, и даже не будучи знакомым с предметом. Возможно, это звучит парадоксально, но весь смысл глубоких, общих объяснений состоит в том, что они охватывают не только знакомые ситуации, но и незнакомые. Если бы вы были современным математиком и впервые столкнулись с римскими цифрами, возможно, вы бы сразу не осознали, что уже понимаете их. Сначала вам бы пришлось узнать определенные факты о том, что это такое, а потом поразмышлять над этими фактами в свете имеющегося у вас понимания математики. Но сделав это, вы могли бы, оглядываясь, сказать: «Да, в римской системе цифр для меня нет ничего нового, кроме фактов». Именно это мы имеем в виду, когда говорим, что объяснительная роль римских цифр полностью устарела.

Точно так же, когда я говорю, что понимаю, каким образом кривизна пространства и времени влияет на движение планет, в том числе и в других солнечных системах, о которых я, возможно, никогда и не слышал, я не утверждаю, что могу вспомнить без дальнейших размышлений объяснение всех особенностей формы и возмущений орбиты любой планеты. Я имею в виду, что понимаю теорию, содержащую все эти объяснения, и поэтому могу вывести любое из них, если получу некоторые факты о конкретной планете. Сделав это, я могу, оглянувшись в прошлое, сказать: «Да, за исключением фактов, я не вижу в движении этой планеты ничего, что не объясняла бы общая теория относительности». Мы понимаем структуру реальности, только понимая объясняющие ее теории. А поскольку они объясняют больше, чем непосредственно осознаем, мы можем понимать больше того, в чем непосредственно отдаем себе отчет.

Я не утверждаю, что если мы понимаем теорию, то мы обязательно понимаем и все, что она может объяснить. В очень глубокой теории осознание того, что она объясняет данное явление, само по себе может быть значительным открытием, требующим независимого объяснения. Например, квазары – чрезвычайно яркие источники излучения в центре некоторых галактик – в течение многих лет были одной из загадок астрофизики. Некоторое время полагали даже, что для их объяснения потребуется новая физика, но сейчас мы считаем, что их объясняет общая теория относительности и другие теории, которые были известны еще до открытия квазаров. Мы полагаем, что квазары состоят из горячего вещества, находящегося в процессе падения в черную дыры (сколлапсировавшие звезды, со столь сильным гравитационным полем, что из него невозможно вырваться²). Однако потребовались многие годы наблюдений и теоретических исследований, прежде чем мы пришли к этому выводу.

Сходным образом законы движения для физической реальности в целом будут иметь много решений, каждое из которых соответствует конкретной истории. Для завершения описания нам придется указать, какой вариант истории произошел в действительности, предоставив достаточно дополнительных данных для выбора одного из многих решений уравнений движения. В простых космологических моделях одним из способов указать такие данные является определение начального состояния Вселенной. Но мы могли бы вместо этого определить конечное состояние или состояние в любой другой момент времени; или мы могли бы предоставить некоторую информацию о начальном состоянии, какую-то информацию о конечном состоянии и сообщить кое-что о промежуточных состояниях. В общем, объединив достаточное количество дополнительных данных разного рода с законами движения, мы получили бы, в принципе, описание физической реальности.

Для пушечного ядра, как только мы определим, скажем, его конечное состояние, мы сможем легко вычислить его начальное состояние, и наоборот, поэтому между различными методами указания дополнительных данных не существует практической разницы. Однако для Вселенной в целом большая часть таких вычислений очень трудна. Я уже говорил, что мы предполагаем существование «комковатости» материи в начальных состояниях на основании сегодняшних наблюдений неоднородности Вселенной. Но это исключение: большая часть нашего знания о дополнительных данных – о том, что именно происходит, – существует в форме высокоуровневых теорий эмерджентных явлений и, следовательно, по определению не поддается практическому выражению в виде утверждений о начальном состоянии. Например, в большей части решений уравнений движения Вселенная в своем начальном состоянии не обладает свойствами, необходимыми для появления жизни. Следовательно, наше знание того, что жизнь появилась, – это значительная часть дополнительных данных. Возможно, мы никогда не узнаем, что конкретно означает это ограничение для детальной структуры Большого взрыва, но мы можем делать выводы непосредственно из него. Например, первая точная оценка возраста Земли была сделана на основе биологической теории эволюции, и она противоречила лучшим физическим теориям того времени. Только редукционистское предубеждение могло заставить нас считать, что эти рассуждения были почему-то менее обоснованными или что в общем случае теоретизирование о начальном состоянии является более «фундаментальным», чем об эмерджентных чертах реальности.

Даже в области фундаментальной физики идея о том, что теории начального состояния содержат наши самые глубокие знания, является серьезным заблуждением. Одна из причин этого состоит в том, что она логически исключает возможность объяснения самого начального состояния: почему начальное состояние было таким, каким оно было, – однако в действительности у нас есть объяснения многих аспектов начального состояния. В еще более общей форме: никакая теория времени, по-видимому, не может объяснить это через то, что было «раньше»; тем не менее у нас есть глубокие объяснения природы времени, вытекающие из общей теории относительности и в еще большей мере из квантовой теории (см. главу 11).

Таким образом, характер многих наших описаний, предсказаний и объяснений реальности не имеет ничего общего с картиной «начальное состояние плюс законы движения», к которой приводит редукционизм. Не существует причины рассматривать теории высокого уровня как «граждан второго сорта». Наши теории субатомной физики и даже квантовая теория или теория относительности вовсе не являются привилегированными по отношению к теориям, описывающим эмерджентные свойства. Вероятно, ни одна из этих областей знания не сможет включить все остальные. Каждая из них содержит логические следствия для остальных, однако не все эти выводы можно сформулировать, поскольку они являются эмерджентными свойствами из области действия других теорий. В действительности неправильно употреблять сами термины «высокий уровень» и «низкий уровень». Законы биологии, например, являются высокоуровневыми эмерджентными следствиями законов физики. Но логически некоторые законы физики являются «эмерджентными» следствиями законов биологии. Могло быть даже и так, что законы, которым подчиняются биологические и другие эмерджентные явления, полностью определяли бы законы фундаментальной физики. В любом случае, когда две теории логически связаны между собой, логика не диктует нам, какую из них рассматривать как определяющую для второй в целом или частично. Это зависит от объяснительных отношений между теориями. Особое положение занимают не те теории, которые ссылаются на конкретную шкалу размеров или сложности, и не те, которые расположены на определенном уровне предсказательной иерархии, а те, которые содержат самые глубокие объяснения. Структура реальности состоит не только из редукционистских ингредиентов, таких как пространство, время и субатомные частицы, – но и из жизни, мысли, вычислений и многого другого, к чему относятся эти объяснения. Теория становится более фундаментальной и менее производной не из-за своей близости к якобы существующей предсказательной базе физики, а из-за своей близости к нашим самым глубоким объяснительным теориям.

Квантовая теория, как я уже говорил, является одной из таких теорий. Три другие основные нити объяснения, через которые мы стремимся понять структуру реальности, относятся к «высокому уровню» с точки зрения квантовой теории. Это теория эволюции (главным образом эволюции живых организмов), эпистемология (теория познания) и теория вычисления (о вычислительных машинах и о том, что они могут вычислить, а чего не могут). Как вы увидите, между основными принципами этих четырех, на первый взгляд, независимых предметов были обнаружены такие глубокие и разнообразные связи, что уже невозможно наилучшим образом понять один из них, не понимая три оставшихся. Все четыре формируют связную объяснительную структуру, которая имеет настолько обширную сферу применимости и охватывает столь значительную часть нашего понимания мира, что, на мой взгляд, ее уже можно справедливо назвать первой настоящей Теорией Всего. Таким образом, мы подошли к знаменательному моменту в истории идей – моменту, когда масштаб нашего понимания становится в полной мере универсальным. До настоящего времени все понимаемое нами касалось того или иного аспекта реальности, не характерного для целого. В будущем понимание охватит общую концепцию реальности: все объяснения будут пониматься на фоне универсальности, а каждая новая идея будет автоматически стремиться освещать не только конкретный предмет, но в различной степени все предметы. Углубление понимания, которое мы в конечном итоге получим от этого последнего великого объединения, может значительно превзойти то, что принесло любое из предыдущих объяснений. Мы увидим, что здесь объединяется и объясняется не только физика и не только наука, но и, в потенциале, весьма далекие области философии, логики и математики, этики, политики и эстетики – возможно, все, что мы понимаем в настоящее время, а может быть, и многое из того, что мы еще не понимаем.

Какой же тогда вывод я адресую себе-ребенку, который отвергал идею о том, что рост знания делает мир менее понятным? Я соглашусь с ним, хотя сейчас я считаю, что важно не то, может ли одна из особей нашего конкретного вида понять все то, что понимает весь вид. Важно то, действительно ли едина и понятна сама структура реальности. Есть веская причина считать, что это так. Будучи ребенком, я просто знал это: сейчас я могу это объяснить.

Терминология

Эпистемология – учение о природе знания и процессах, которые его создают.

Объяснение – (грубо) утверждение о природе и причинах вещей.

Инструментализм – система взглядов, в соответствии с которой целью научной теории является предсказание результатов экспериментов.

Позитивизм – крайняя форма инструментализма, строящаяся на тезисе, что все утверждения, за исключением тех, которые что-либо описывают или предсказывают, не имеют смысла. (Этот взгляд сам не имеет смысла по своим же критериям.)

Редуктивное объяснение – это объяснение, которое раскладывает все вещи на составляющие более низкого уровня.

Редукционизм – система взглядов, в соответствии с которой научные объяснения по природе своей являются редуктивными.

Холизм – идея о том, что обоснованными являются только объяснения, сделанные на основе систем более высокого уровня; противоположность редукционизма.

Эмерджентность – эмерджентным называется такое явление (например, жизнь, мысль или вычисление), относительно которого существуют понятные факты или объяснения, которое не выводится просто из низкоуровневой теорий низкого уровня, но которое можно объяснить или предсказать на базе высокоуровневой теории, относящейся непосредственно к этому явлению.

Резюме

Научное знание, как и все человеческое знание, состоит главным образом из объяснений. Факты можно посмотреть в справочнике, предсказания важны только при проведении решающих экспериментов для выбора между конкурирующими научными теориями, каждая из которых уже прошла проверку в качестве хорошего объяснения. По мере того, как новые теории вытесняют старые, наше знание становится как шире (когда появляются новые предметы), так и глубже (когда наши фундаментальные теории объясняют больше и становятся более обобщенными), причем глубина побеждает. Таким образом, мы не удаляемся от того состояния, когда один человек сможет понять все, что понято, а приближаемся к нему. Наши самые глубокие теории настолько переплетаются друг с другом, что их можно понять только совместно, как единую теорию объединенной структуры реальности. Эта Теория Всего имеет гораздо больший масштаб, чем та «теория всего», которую ищут специалисты в области физики элементарных частиц, потому что структура реальности состоит не только из таких редукционистских ингредиентов, как пространство, время и субатомные частицы, но также, например, из жизни, мысли и вычисления. Четыре основные нити объяснения, которые могут составить первую Теорию Всего, – это:

квантовая физика – см. главы 2, 9, 11–14;

эпистемология – см. главы 3, 4, 7, 10, 13, 14;

теория вычислений – см. главы 5, 6, 9, 10, 13, 14;

теория эволюции – см. главы 8, 13, 14.

Следующая глава посвящена первой и самой важной из четырех нитей – квантовой физике.

2. Тени

Рассмотрение физических явлений, происходящих при горении свечи, представляет собой самый широкий путь, которым можно подойти к изучению естествознания.
Майкл Фарадей. Курс из шести лекций по химической истории свечи³

В своих знаменитых научных лекциях в Королевском институте Майкл Фарадей всегда побуждал своих слушателей изучать мир, рассматривая, что происходит при горении свечи. Я заменю свечу электрическим фонариком. Это правомерно, поскольку устройство электрического фонарика во многом основано на открытиях Фарадея.

Я опишу несколько экспериментов, которые демонстрируют явления, лежащие в основе квантовой физики. Такого рода эксперименты со множеством вариантов и уточнений уже многие годы остаются основой существования квантовой оптики. Об их результатах не спорят, однако даже сейчас в некоторые из них трудно поверить. Базовые эксперименты удивительно просты. Они в сущности не требуют ни специализированных научных инструментов, ни больших познаний в математике или физике, потому что они заключаются всего лишь в отбрасывании теней. Обычный электрический фонарик может производить весьма странные картины света и тени. Если о них как следует подумать, обнаруживаются исключительной важности следствия. Чтобы объяснить их, нужны не просто новые физические законы, а новый уровень описания и объяснения, выходящий за пределы того, что раньше считали сферой науки. Прежде всего, эти картины открывают существование параллельных вселенных. Как это возможно? Какая мыслимая картина теней может повлечь за собой подобные выводы?

Представьте себе, что в темной комнате, где нет других источников света, включили электрический фонарик. Нить накала лампочки испускает свет, который расширяется, образуя конус. Чтобы не усложнять эксперимент отраженным светом, стены комнаты должны быть матово-черными, полностью поглощающими свет. Или, поскольку мы проводим эти эксперименты только в своем воображении, можно представить себе комнату астрономических размеров, чтобы свет не успевал достичь стен и вернуться до завершения эксперимента. Рис. 2.1 иллюстрирует данный опыт. Но этот рисунок кое в чем не соответствует действительности: если бы мы смотрели на фонарик со стороны, то не увидели бы ни его самого, ни испускаемого им света. Невидимость – одно из наиболее понятных свойств света. Мы видим свет лишь тогда, когда он попадает в наши глаза (хотя мы обычно говорим о том, что видим объект, находящийся на линии нашего зрения, который последним повлиял на этот свет).

Мы не можем увидеть свет, который просто проходит мимо. Если бы в луче оказался отражающий объект или даже пыль или капельки воды, чтобы рассеять свет, мы увидели бы, где он проходил. Но поскольку в луче ничего нет и мы смотрим на него извне, никакая часть его света нас не достигает. Точным представлением того, что мы должны увидеть, была бы абсолютно черная картинка. Если бы там был второй источник света, мы могли бы увидеть фонарик, но опять же не его свет. Лучи света, даже самого интенсивного света, который мы можем получить (с помощью лазеров), проходят друг сквозь друга, как если бы на их пути вовсе ничего не было.

На рис. 2.1 видно, что около фонарика свет наиболее яркий, а по мере удаления от него свет тускнеет, так как луч расширяется, чтобы осветить все бо́льшую площадь. Наблюдателю, находящемуся внутри луча и удаляющемуся от фонарика спиной вперед, рефлектор будет казаться все меньше, а затем, когда он станет выглядеть точкой – все слабее. Но нет ли тут подвоха? Действительно ли свет способен распространяться беспредельно все более и более тонкими лучами? Ответ: нет. На расстоянии примерно 10 000 км свет фонарика станет слишком слабым, чтобы человеческий глаз мог его различить, и наблюдатель ничего не увидит. То есть человек не увидит ничего; а животное с более чувствительным зрением? Глаз лягушки в несколько раз чувствительнее человеческого: этого как раз достаточно, чтобы эксперимент принес существенно иной результат. Если наблюдателем будет лягушка и она будет удаляться от электрического фонарика, момент, когда она полностью потеряет его из вида, никогда не наступит. Вместо этого лягушка увидит, что фонарик начал мигать. Вспышки будут видны через неравные промежутки времени, которые будут увеличиваться по мере удаления лягушки от фонарика. А вот яркость каждой отдельной вспышки не будет меньше. На расстоянии 100 млн км от фонарика лягушка будет видеть в среднем только одну вспышку света в день, но эта вспышка будет столь же яркой, как и наблюдаемая с любого другого расстояния.

К сожалению, лягушки не могут рассказать нам, что они видят. Поэтому при проведении реальных экспериментов мы используем фотоумножители (датчики света, чувствительность которых превышает чувствительность глаз лягушки), а вместо того, чтобы смотреть с расстояния в 100 млн км, ослабляем свет, пропуская его через темные фильтры. Однако принцип остается тем же самым, как и результат: не полная темнота и не однородный тусклый свет, а мигание, причем вспышки – одинаково яркие, независимо от того, насколько темный фильтр мы используем. Это мерцание показывает, что существует предел равномерного «растягивания» света. Пользуясь терминологией ювелиров, можно сказать, что свет не является бесконечно «ковким». Подобно золоту, небольшое количество света можно равномерно распределить по очень большой площади, но в конечном итоге, если попытаться растянуть его еще сильнее, он станет комковатым. Даже если можно как-нибудь предотвратить группирование атомов золота в отдельные комки, существует предел, за которым атомы уже нельзя разделить без того, чтобы золото не перестало быть золотом. Поэтому единственный способ сделать золотой лист толщиной в один атом еще тоньше – расположить атомы дальше друг от друга, чтобы между ними было пустое пространство. Но когда эти атомы окажутся достаточно далеко друг от друга, уже нельзя будет считать, что они образуют сплошной лист. Например, если каждый атом золота будет находиться в среднем на расстоянии нескольких сантиметров от своего ближайшего соседа, можно будет провести рукой через этот «лист», не прикасаясь к золоту вообще.

Точно так же существует минимальный кусочек или «атом» света – фотон. Каждая вспышка, которую видит лягушка, вызвана фотоном, воздействующим на сетчатку ее глаза. Когда луч света становится слабее, фотоны сами по себе не ослабевают, но они отдаляются друг от друга, и между ними появляется пустое пространство (рис. 2.2). Очень слабый луч уже неправомерно называть «лучом», поскольку он не является непрерывным. Когда лягушка ничего не видит, это происходит не потому, что свет, попадающий в ее глаза, слишком слаб, чтобы воздействовать на сетчатку, а потому, что никакого света в ее глаза не попадает.

Это свойство – появляться лишь в виде кусочков дискретных размеров – называется квантованием. Отдельный комочек, например фотон, называется квантом. Квантовая теория получила свое название от этого свойства, которое она приписывает всем измеримым физическим величинам, а не только таким, которые, подобно количеству света или массе золота, квантуются из-за того, что соответствующие сущности на самом деле состоят из частиц, хотя и выглядят непрерывными. Даже для такой величины, как расстояние (например, между двумя атомами), представление о непрерывном диапазоне возможных значений оказывается идеализацией. В физике не существует измеримых непрерывных величин. В квантовой физике появляется множество новых эффектов, и, как мы увидим, квантование среди них является одним из простейших. Однако в некотором смысле оно остается ключом ко всем остальным явлениям, поскольку, если все квантуется, каким образом некая величина изменяет свое значение с одного на другое? Как объект попадает из одного места в другое, если не существует непрерывного диапазона промежуточных положений, где он может находиться по пути? В главе 9 я объясню, как это происходит, но сейчас позвольте мне отложить этот вопрос на некоторое время и вернуться в окрестности нашего фонарика, где луч выглядит непрерывным, потому что каждую секунду он направляет около 1014 (10 трлн) фотонов в глаз, который на него смотрит.

Является ли граница между светом и тенью резкой, или существует некая «серая зона»? Обычно существует довольно широкая серая область, и одна из причин ее существования показана на рис. 2.3. Есть темная область (называемая полной тенью), куда вообще не доходит свет от нити накала. Есть также полностью освещенная область, которая может получать свет от любого участка нити накала. Но поскольку нить накала не является геометрической точкой, а имеет определенные размеры, между освещенной и неосвещенной областью также присутствует полутень – область, которая может получать свет только от некоторых участков нити накала. Если смотреть из области полутени, то видна лишь часть нити накала, и освещенность окажется меньше, чем в полностью освещенной области.

Однако размер нити накала – не единственная причина того, почему фонарик отбрасывает полутени. Различное влияние на свет оказывают рефлектор, расположенный позади лампочки, стеклянный колпак фонарика, разные швы и дефекты и т. д. Так что мы ожидаем появления сложной светотеневой картины просто потому, что сам фонарик сложен. Но случайные особенности фонариков не являются предметом наших экспериментов. За вопросом о свете фонарика скрывается более фундаментальный вопрос о свете вообще: существует ли, в принципе, некий предел того, сколь резкой может быть тень (другими словами, насколько узкой может быть полутень)? Например, если фонарик сделать из абсолютно черного (неотражающего) материала и использовать все меньшего размера нити накала, возможно ли сужать полутень беспредельно?

Глядя на рис. 2.3, кажется, что это возможно: если бы нить накала не имела размера, не было бы полутени. Но на рисунке я сделал некоторое допущение относительно света, а именно, что свет распространяется только прямолинейно. Из повседневного опыта нам известно, что это так и есть, поскольку заглядывать за угол мы не умеем. Однако тщательные эксперименты показывают, что свет не всегда движется по прямой. При некоторых обстоятельствах он искривляется.

Это трудно продемонстрировать с помощью одного лишь фонарика, потому что сложно делать крошечные нити накала и очень черные поверхности. Эти практические сложности скрывают те пределы, которые фундаментальная физика накладывает на резкость теней. К счастью, искривление света можно продемонстрировать и иначе. Предположим, что свет фонарика проходит через два последовательных маленьких отверстия в светонепроницаемых экранах, как показано на рис. 2.4, и что свет падает затем на третий экран. Вопрос состоит в следующем: если этот эксперимент повторять, уменьшая диаметр отверстий и увеличивая расстояние между первым и вторым экранами, будет ли полная тень (область абсолютной темноты) сужаться безгранично, пока не превратится в прямую линию между центрами двух отверстий? Может ли освещенная область между вторым и третьим экраном быть ограничена произвольно узким конусом? Говоря языком ювелиров, сейчас мы спрашиваем что-то вроде того, «насколько пластичен свет», насколько тонка нить, в которую можно его растянуть. (Из золота можно получить нити толщиной в 0,0001 мм.)

Оказывается, что свет не так пластичен, как золото! Задолго до того, как диаметр отверстий приблизится к десятитысячной доле миллиметра, а в действительности уже при диаметре отверстий около одного миллиметра свет начинает заметно возмущаться. Вместо того чтобы проходить через отверстия по прямым линиям, свет не желает оставаться в ограниченном пространстве и расползается позади каждого отверстия. И, расползаясь, он «растрепывается». Чем меньше диаметр отверстия, тем сильнее свет уклоняется от прямолинейного пути. Появляются сложные картины света и тени. На третьем экране мы уже видим не освещенную и темную области с полутенью между ними, а концентрические кольца разной толщины и яркости. Кроме того, там присутствует цвет, так как белый свет является смесью фотонов разных цветов, каждый из которых распространяется и рассеивается немного по-своему. На рис. 2.5 показана типичная картина, которую может образовать на третьем экране белый свет, пройдя через отверстия в первых двух экранах. Напоминаю, здесь не происходит ничего, кроме отбрасывания тени! Рис. 2.5 – это всего лишь тень, отброшенная вторым экраном, изображенным на рис. 2.4. Если бы свет распространялся только прямолинейно, появилась бы только крошечная белая точка (гораздо меньше, чем яркое пятно в центре рис. 2.5), окруженная очень узкой полутенью. Все остальное было бы полной тенью – совершенной темнотой.

Как бы ни озадачивало искривление лучей света при прохождении через маленькие отверстия, я не вижу в этом фундаментальной проблемы. В любом случае для наших настоящих целей важно то, что свет действительно искривляется. Это означает, что тени не должны выглядеть как силуэты предметов, которые их отбрасывают. Более того, дело даже не в размывании изображения, вызванном полутенью. Оказывается, перегородка со сложной картиной отверстий может отбрасывать тень совершенно другой формы!

На рис. 2.6 показана примерно в натуральную величину часть картины теней, создаваемой на расстоянии 3 м двумя прямыми параллельными щелями в светонепроницаемой перегородке. Щели находятся на расстоянии 0,2 мм друг от друга и освещаются нерасходящимся красным лучом лазера, расположенного по другую сторону перегородки. Почему используется свет лазера, а не электрического фонарика? Только потому, что точная форма тени также зависит и от цвета света, который ее производит. Белый свет фонарика содержит весь спектр видимых цветов, поэтому он может отбрасывать тени с многоцветными краями. Поэтому для экспериментов, смысл которых в получении точной формы тени, лучше использовать свет одного цвета. Можно поместить перед фонариком цветной фильтр (например, пластину из цветного стекла), чтобы через него проходил свет только одного цвета. Это помогло бы, но фильтры выделяют его не слишком аккуратно. Лучше воспользоваться светом лазера, поскольку лазер можно очень точно настроить на испускание света совершенно конкретного цвета почти без примеси других⁴.

Если бы свет распространялся прямолинейно, то на рис. 2.6 мы бы увидели две ярких полосы с резкими границами, расположенные на расстоянии 0,2 мм друг от друга (что было бы невозможно увидеть в таком масштабе), а остальная часть экрана осталась бы в тени. Но в действительности свет искривляется так, что образует много ярких и темных полос без резких границ. Если щели сдвинуть вбок так, чтобы они оставались в пределах лазерного луча, то и картина на экране сдвинется на столько же. В этом отношении она ведет себя как обычная тень, отбрасываемая крупным предметом. Хорошо, а какую тень мы получим, если прорежем в перегородке еще пару таких же щелей, сдвинув их на половину расстояния между первыми двумя, так что получится четыре щели, разделенные расстоянием в 0,1 мм? Можно было бы ожидать, что картина будет выглядеть почти так же, как и изображенная на рис. 2.6. Как-никак первая пара щелей отбрасывает тени, показанные на рис. 2.6, и, как я уже сказал, вторая пара щелей должна произвести подобную картину тени, сдвинутую в сторону на 0,1 мм – то есть почти на том же самом месте. Кроме того, мы знаем, что лучи света обычно проходят друг сквозь друга, не претерпевая изменений. Так что две пары щелей, казалось бы, должны дать ту же самую картину, но в два раза ярче и чуть более размытую.

В действительности происходит нечто совершенно иное. Реальная картина теней, отбрасываемых перегородкой с четырьмя прямыми параллельными щелями, показана на рис. 2.7 (а). Для сравнения ниже я снова привожу рисунок тени от перегородки с двумя щелями – рис. 2.7 (b). Мы видим, что тень от четырех щелей представляет собой отнюдь не комбинацию двух слегка смещенных теней от двух щелей, а имеет новую и более сложную структуру. В этой картине есть участки, вроде тех, что помечены знаком X, которые не освещены на картине тени от четырех щелей, но освещены на картине тени от двух щелей. Эти участки были яркими при наличии в перегородке двух щелей, но стали темными, когда в перегородке прорезали еще две щели, пропускающие свет. Появление этих щелей помешало⁵ попаданию света в зону X.

Таким образом, появление еще двух источников света затемняет зону X, а их удаление снова освещает ее. Каким образом? Можно представить себе, как два фотона направляются к зоне X и отскакивают друг от друга, как бильярдные шары. Любой из двух фотонов, будь он один, попал бы в зону X, но они мешали друг другу и оба ушли куда-то в другие места. Скоро я покажу, что это объяснение не может быть истинным. Тем не менее от основной идеи этого объяснения уйти невозможно: через вторую пару щелей должно проходить что-то, препятствующее попаданию света из первой пары щелей в зону X. Но что же? Это мы можем выяснить с помощью дальнейших экспериментов.

Во-первых, картина тени от перегородки с четырьмя щелями, изображенная на рис. 2.7 (а), появляется только в том случае, если все четыре щели освещены лазерным лучом. Если освещены только две щели, появляется картина, которая должна быть для двух щелей. Если освещены три щели, появится новая картина, отличная от двух предыдущих, – тень от трех щелей. Таким образом, то, что создает помехи, находится в луче света. Двухщелевая картина также появляется вновь, если две лишние щели заполнить светонепроницаемым материалом, и не появляется, если этот материал прозрачный. Другими словами, создающий помехи агент блокируется всем, что не дает проходить свету, даже если это нечто почти неощутимо, как туман. Однако он проникает сквозь все, что позволяет пройти свету, даже через такое непроницаемое (для вещества) препятствие, как алмаз. Если в приборе установить сложную систему зеркал и линз, то до тех пор, пока свет может дойти от каждой щели до конкретной точки на экране, в этой точке будет наблюдаться часть четырехщелевой картины. Если до конкретной точки может дойти свет только от двух щелей, на экране мы увидим часть двухщелевой картины и т. д.

Таким образом, что бы ни вызывало помехи, оно ведет себя в точности как свет. Оно всегда присутствует в луче света, но отсутствует вне его. Оно отражается, передается или блокируется тем, что отражает, передает или блокирует свет.

Возможно, вы удивитесь, почему я столь досконально разбираю этот вопрос. Ведь абсолютно очевидно, что это и есть свет, то есть фотонам из одной щели мешают фотоны из других. Но, возможно, вы поставите под сомнение очевидное после следующего эксперимента, завершающего серию.

Что нам следует ожидать, когда эти эксперименты проводятся с использованием только одного фотона за раз? Предположим, что наш фонарик отнесен так далеко от экрана, что за целый день на него падает только один фотон. Что увидит наша лягушка, наблюдающая за экраном? Если верно то, что каждому фотону мешают другие фотоны, то не должны ли эти помехи уменьшиться, когда фотоны появляются очень редко? И не прекратятся ли они вовсе, если через прибор в каждый момент времени будет проходить только один фотон? Мы по-прежнему можем ожидать появления полутеней, так как фотон, проходя через щель, может отклониться от своего курса (быть может, в результате скользящего удара о край щели). Чего точно не должно быть, так это мест на экране, которые, подобно точке X, получают фотоны, когда открыты лишь две щели, но становятся темными, когда открывают две другие.

Однако именно это мы и увидим! Независимо от того, насколько редко появляются фотоны, картина теней остается неизменной. Даже при проведении эксперимента с одиночными фотонами мы не увидим ни единого случая их попадания в точку X, если открыты все четыре щели. Но стоит только закрыть две щели, и вспышки в точке Х возобновятся.

Быть может, фотон расщепляется на фрагменты, которые после прохождения через щели изменяют свою траекторию и соединяются вновь? Эту возможность мы тоже можем исключить. Опять-таки если запустить в наш прибор ровно один фотон и у каждой из четырех щелей установить по детектору, то зарегистрировать сигнал сможет максимум один из них. Поскольку при подобном эксперименте никогда не наблюдается срабатывания двух детекторов одновременно, можно утверждать, что обнаруживаемые ими объекты не расщепляются.

Терминология

Фотон – частица света.

Реальный/теневой – для ясности изложения в пределах этой главы я назвал частицы этой вселенной реальными, а частицы других вселенных – теневыми.

Мультиверс, или мультивселенная – вся физическая реальность, которая содержит много параллельных вселенных.

Параллельные вселенные «параллельны» в том смысле, что в пределах каждой вселенной частицы взаимодействуют друг с другом так же, как и в реальной вселенной, но каждая вселенная оказывает на остальные весьма слабое влияние через явление интерференции.

Квантовая теория – теория физики мультиверса.

Квантование – свойство иметь дискретный (а не непрерывный) набор возможных значений. Квантовая теория получила название от допущения, что все измеряемые величины квантуются. Однако наиболее важным квантовым эффектом является не квантование, а интерференция.

Интерференция – воздействие, оказываемое частицей одной вселенной на своего партнера из другой вселенной. Интерференция фотона может стать причиной появления намного более сложной картины теней, чем просто силуэты препятствий, которые эти тени отбрасывают.

Резюме

В экспериментах с интерференцией на картине теней могут присутствовать такие участки, которые становятся темными при появлении в перегородке новых щелей. Это явление сохраняется, даже если эксперимент проводят с отдельными частицами. Цепочка рассуждений, основанная на этом факте, исключает возможность того, что вселенная, окружающая нас, – это вся реальность. В действительности вся физическая реальность, мультиверс, содержит огромное количество параллельных вселенных.

Квантовая физика – одна из четырех основных нитей объяснения. Следующая нить – это эпистемология, теория познания.

3. Решение проблем

Я не знаю, что более странно: поведение самих теней или тот факт, что созерцание нескольких светотеневых картин может вынудить нас столь радикально изменить представления о структуре реальности. Доводы, приведенные в предыдущей главе, несмотря на их дискуссионный итог, представляют собой типичный пример научного рассуждения. Полезно поразмышлять над характером этого рассуждения, которое представляет собой природное явление по крайней мере столь же удивительное и плодотворное, как и физика теней.

Тем, кто предпочел бы, чтобы структура реальности была более прозаичной, может показаться несоразмерным и даже нечестным, что такие грандиозные выводы могут проистекать из того факта, что крошечное пятно света оказалось на экране здесь, а не там. Однако это далеко не первый подобный случай в истории науки. В этом отношении открытие других вселенных очень напоминает открытие других планет первыми астрономами. До отправки космических зондов на Луну и другие планеты мы получали всю информацию о планетах из того, что пятна света (или иного излучения) наблюдались в одном месте, а не в другом. Вспомним, как был открыт первый важнейшей факт, относящийся к планетным, – они не являются звездами. Если наблюдать за ночным небом в течение нескольких часов, можно увидеть, что звезды как будто обращаются вокруг определенной точки в небе. Они движутся как единое целое, сохраняя одно и то же положение относительно друг друга. Традиционное объяснение заключалось в том, что ночное небо – это огромная «небесная сфера», которая вращается вокруг неподвижной Земли, а звезды – это либо отверстия в сфере, либо встроенные в нее сияющие кристаллы. Однако среди тысяч светящихся точек, которые можно увидеть в небе невооруженным глазом, есть несколько самых ярких, которые, если за ними наблюдать долго, движутся не так, как если бы они были прикреплены к небесной сфере. Они блуждают по небу более сложным образом. Их называют «планетами» – от греческого слова, означающего «странствующий». Их движение по небу было признаком неадекватности объяснения, основанного на небесной сфере.

Последовательные попытки объяснения движения планет сыграли важную роль в истории науки. Гелиоцентрическая теория Коперника расположила планеты и Землю на круговых орбитах вокруг Солнца. Кеплер обнаружил, что орбиты – скорее эллипсы, чем окружности. Ньютон объяснил эллипсы своим законом тяготения, сила которого меняется обратно пропорционально квадрату расстояния, и впоследствии его теория позволила предсказать то, что взаимное гравитационное притяжение планет заставляет их немного отклоняться от эллиптических орбит. Наблюдение этих отклонений привело в 1846 году к открытию новой планеты Нептун – одному из многих открытий, блистательно подтвердивших теорию Ньютона. Однако спустя лишь несколько десятилетий общая теория относительности Эйнштейна предоставила нам принципиально новое объяснение гравитации как искривления пространства и времени и в результате вновь предсказала немного другое движение планет. Например, эта теория верно предсказала, что каждый год планета Меркурий будет отклоняться на одну десятитысячную градуса от положения, которое она должна занимать в соответствии с теорией Ньютона⁷. Эта теория также показала, что свет звезды, проходящий близко к Солнцу, будет отклоняться его тяготением на величину, в два раза превышающую значение, предсказанное теорией Ньютона. Наблюдение этого отклонения Артуром Эддингтоном в 1919 году часто называют событием, из-за которого ньютоновская картина мира утратила свою рациональную состоятельность. (Ирония состоит в том, что современные оценки точности эксперимента Эддингтона говорят о том, что такие выводы могли быть преждевременными⁸.) Этот эксперимент, повторенный неоднократно с высокой точностью, заключался в измерении положений на фотопластинке пятен света (изображений звезд, близких к краю Солнца во время затмения).

По мере того, как расчеты астрономов становились точнее, уменьшалась разница между предсказаниями следующих друг за другом теорий в отношении вида ночного неба. Чтобы обнаружить эти различия, приходилось строить все более мощные телескопы и измерительные приборы. Однако объяснения, на которых были основаны эти предсказания, не сближались между собой. Напротив, как я только что описал, это была последовательность революционных перемен. Таким образом, наблюдения все меньших физических эффектов вызывали всё большие изменения в нашем мировоззрении. Может показаться, что мы делаем все более грандиозные выводы, исходя из все более слабых свидетельств. Чем же тогда оправдываются такие выводы? Можно ли быть уверенным, что только из-за того, что звезда на фотопластинке Эддингтона оказалась смещенной на доли миллиметра, пространство и время должны быть искривленными; или из-за того, что фотодетектор в определенном положении не регистрирует попадание слабого света, должны существовать параллельные вселенные?

В действительности в моих описаниях недостаточно отражена степень хрупкости и косвенности всех наших экспериментальных результатов. Дело в том, что мы не воспринимаем звезды, пятна на фотопластинках или любые другие внешние объекты или события непосредственно. Мы видим что-либо только тогда, когда изображения этого появляются на сетчатке наших глаз, но даже эти изображения мы не воспринимаем, пока они не вызовут электрические импульсы в наших нервах и наш мозг не получит и не поймет эти импульсы. Таким образом, вещественное доказательство, которое непосредственно склоняет нас к тому, чтобы принять один взгляд на мир, а не другой, не назвать даже «миллиметровым»: оно измеряется в тысячных долях миллиметра (таково расстояние между волокнами глазного нерва) и в сотых долях вольта (изменение электрического потенциала наших нервов, из-за которого мы по-разному воспринимаем разные вещи).

Однако мы не придаем равного значения всем нашим сенсорным восприятиям. В научных экспериментах мы заходим достаточно далеко, чтобы приблизиться к восприятию тех аспектов внешней реальности, которые, как нам кажется, могут нам помочь при выборе одной из конкурирующих теорий. Еще до того, как провести наблюдение, мы тщательно продумываем, куда и когда нам следует смотреть и что именно искать. Часто мы используем сложные, специально построенные приборы, такие как телескопы и фотоумножители. Но как бы ни были сложны эти приборы и как бы ни были значительны внешние причины, которым мы приписываем показания этих приборов, мы воспринимаем эти показания только через свои органы чувств. Но нельзя уйти от того факта, что мы, люди, – маленькие создания лишь с несколькими несовершенными и неполными каналами получения информации о том, что нас окружает. Мы интерпретируем эту информацию как свидетельство существования большой и сложной внешней вселенной (или мультиверса). Но когда мы взвешиваем эти доказательства, то в буквальном смысле мы воспринимаем только слабые электрические токи, протекающие в нашем мозге.

Что оправдывает те выводы, которые мы делаем из этих картин? Дело определенно не в логической дедукции. Ни эти, ни какие-либо другие наблюдения не могут доказать то, что внешняя вселенная или мультиверс вообще существует; не говоря уже о том, что электрические импульсы, получаемые нашим мозгом, имеют какое-то особое отношение к ней. Все, что мы воспринимаем, может быть иллюзией или сном: как-никак, иллюзии и сны – обычное дело. Солипсизм, теорию о том, что существует один только разум, а то, что кажется внешней реальностью, – не более чем сон этого разума, невозможно логически опровергнуть. Реальность может состоять из одного человека – скажем, это будете вы, – которому снятся впечатления всей жизни. Или она может состоять лишь из вас и меня. Или из одной планеты Земля и ее жителей. И если нам приснятся данные – любые данные – о существовании других людей, или других планет, или других вселенных, они ничего не докажут относительно того, сколько всего этого существует на самом деле.

Поскольку солипсизм и бесчисленное множество сходных с ним теорий логически согласуются с вашим восприятием любых возможных результатов наблюдений, ясно, что из наблюдений логически невозможно вывести ничего, что касалось бы реальности. Как же тогда я могу говорить, что наблюдаемое поведение теней «исключает» теорию о том, что существует только одна вселенная или что наблюдения солнечного затмения делают ньютоновский взгляд на мир «рационально несостоятельным»? Как это возможно? Если «исключение» не означает «опровержение», что оно тогда означает? Почему нужно считать себя обязанным менять свой взгляд на мир или вообще любое мнение из-за того, что нечто было подобным образом «исключено»? Казалось бы, такая критика ставит под сомнение всю науку, любое рассуждение о внешней реальности, которое обращается к результатам наблюдений. Но если научное рассуждение не равносильно последовательности логических выводов из опыта, то чему же оно равносильно? Почему мы должны принимать его выводы?

Этот вопрос известен как «проблема индукции». Название его происходит от того, что на протяжении большей части истории науки было доминирующим представлением о том, как она работает. Это представление заключалось в существовании способа обоснования вывода, не дотягивающего по строгости математического доказательства, но тем не менее достойного внимания, который называется индукцией. Индукции противопоставляли с одной стороны якобы безупречные доказательства, предоставляемые дедукцией, а с другой стороны – считающиеся еще более слабыми философские или интуитивные способы рассуждения, не поддержанные даже результатами наблюдений. В индуктивистской теории научного знания наблюдения играют двоякую роль: сначала – при открытии научных теорий, затем – при их доказательстве. Предполагается, что теорию открывают, «экстраполируя» или «обобщая» результаты наблюдений. Тогда, если обширное множество наблюдений соответствует теории и ни одно из них не отклоняется от нее, теорию считают обоснованной – то есть более правдоподобной, вероятной или надежной. Эта схема показана на рис. 3.1.

Индуктивистский анализ моего обсуждения теней должен тогда выглядеть примерно так: «Мы проводим ряд наблюдений теней и видим явление интерференции (этап 1). Результаты соответствуют тому, что следовало бы ожидать, если бы существовали параллельные вселенные, которые определенным образом воздействуют друг на друга. Но сначала никто этого не замечает. В конечном итоге (этап 2) кто-то делает обобщение, что интерференция всегда будет наблюдаться при данных обстоятельствах, а следовательно, выводит теорию, что за это ответственны параллельные вселенные. С каждым последующим наблюдением интерференции (этап 3) мы чуть сильнее убеждаемся в справедливости этой теории. После достаточно большого количества таких наблюдений и при условии, что ни одно из них не противоречит теории, мы заключаем (этап 4), что эта теория истинна. И хотя мы никогда не сможем получить абсолютной уверенности, для практических целей мы убеждены».

Трудно определить, откуда начать критиковать индуктивистское представление о науке, настолько глубоко и в столь разных отношениях оно ложно. С моей точки зрения, возможно, самый большой его недостаток в том, что совершенно ниоткуда не следует, что обобщенное предсказание равносильно новой теории. Теория существования параллельных вселенных, как и все хоть сколько-нибудь глубокие научные теории, просто не носит характера обобщения наблюдений. Разве мы наблюдали сначала одну вселенную, потом вторую и третью, а потом сделали вывод, что существуют триллионы вселенных? Разве обобщение, состоящее в том, что планеты «блуждают» по небу одним образом, а не другим, было эквивалентно теории о том, что планеты – это миры, обращающиеся по орбитам вокруг Солнца и что Земля – один из них? Неверно также и то, что повторение наших наблюдений – это способ убедиться в справедливости научных теорий. Как я уже сказал, теории – это объяснения, а не просто предсказания. Если предложенное объяснение ряда наблюдений не принимается, то повторение наблюдений вновь и вновь помогает редко. Еще меньше оно помогает в создании удовлетворительного объяснения, когда вообще никакого придумать не удается.

Более того, даже простые предсказания нельзя обосновать с помощью результатов наблюдений, как показал в своей истории о цыпленке Бертран Рассел⁹. (Во избежание возможных недоразумений позвольте мне подчеркнуть, что это был метафорический, антропоморфный цыпленок, служащий образом человека, пытающегося понять закономерности вселенной.) Цыпленок заметил, что фермер каждый день приходит, чтобы накормить его, и предсказал, что фермер будет продолжать каждый день приносить еду. Индуктивисты полагают, что цыпленок «экстраполировал» свои наблюдения в теорию, и каждый раз, когда приходило время кормежки, эта теория все более подтверждалась. Однако как-то раз пришел фермер и свернул цыпленку шею. Разочарование, которое испытал цыпленок Рассела, испытали и триллионы других цыплят. Это индуктивно подтверждает заключение о том, что индукция не может подтвердить ни одного вывода!

Однако эта линия критики позволяет индуктивизму отделаться слишком легко. Да, она иллюстрирует тот факт, что многократно повторенные наблюдения не могут подтвердить теории, но при этом она полностью упускает (а скорее даже принимает) еще более неправильное представление, а именно, что путем индуктивной экстраполяции наблюдений можно формировать новые теории. На самом деле экстраполировать наблюдения невозможно, если кто-то не включил их в некую объяснительную систему. Например, чтобы «вывести» свое ложное предсказание, цыпленок Рассела должен был сначала придумать ложное объяснение поведения фермера. Он мог предположить, что фермер испытывает к цыплятам добрые чувства. Придумай он другое объяснение – например, что фермер старается откормить цыплят, чтобы потом зарезать, – и поведение было бы «экстраполировано» совсем по-другому. Допустим, однажды фермер начинает приносить цыплятам больше еды, чем обычно. Экстраполяция этого нового ряда наблюдений с целью предсказать будущее поведение фермера полностью зависит от того, как его объяснить. В соответствии с теорией доброго фермера наблюдения говорят о том, что доброта фермера по отношению к цыплятам увеличилась, и им теперь совсем нечего переживать. Но в соответствии с теорией откармливания такое поведение – зловещий признак: очевидно, что смерть близка.

Тот факт, что одни и те же результаты наблюдений можно «экстраполировать» с получением двух диаметрально противоположных предсказаний в зависимости от принятого объяснения и ни одно из них невозможно обосновать, – не просто случайное ограничение, связанное со средой обитания фермера: это относится ко всем результатам наблюдений, при любых обстоятельствах. Наблюдения, вероятно, не могут играть ни одну из ролей, которую им приписывает индуктивистская схема, даже в отношении простых предсказаний, не говоря уже о настоящих объяснительных теориях. Безусловно, индуктивизм основан на отвечающей здравому смыслу теории роста знания (о которой говорит нам жизненный опыт), и исторически он ассоциировался с освобождением науки от догмы и тирании. Но если мы хотим понять истинную природу знания и его место в структуре реальности, мы должны признать, что индуктивизм ложен от корней до ветвей. Ни одно научное рассуждение, а в действительности и ни одно успешное рассуждение любого рода никогда не подходило под описание индуктивистов.

Какова же тогда реальная схема научных рассуждений и открытий? Мы видели, что индуктивизм и все остальные строящиеся вокруг способности к предсказанию теории знания основаны на недоразумении. Нам необходима теория знания построенная вокруг объяснения: теория о том, как появляются объяснения и как их обосновывают; как, почему и когда нам следует позволить своему восприятию изменить наше мировоззрение. Как только у нас будет такая теория, отдельная теория предсказаний нам больше не понадобится. Ведь если мы имеем объяснение какого-то наблюдаемого явления, то уже не является загадкой, как получить предсказания. И если удалось подтвердить объяснение, то любые предсказания, полученные из этого объяснения, тоже автоматически считаются подтвержденными.

К счастью, господствующую теорию научного познания, которая своей современной формой обязана главным образом Карлу Попперу¹⁰ (и которая является одной из моих четырех «основных нитей» объяснения структуры реальности), в этом смысле действительно можно считать объяснительной теорией. Она рассматривает науку как процесс решения проблем. Индуктивизм относится к каталогу наших прошлых наблюдений как своего рода скелету теории, считая, что суть науки состоит в заполнении пробелов этой теории путем интерполяции и экстраполяции. Решение проблем действительно начинается с неадекватной теории – но не с воображаемой «теории», состоящей из прошлых наблюдений. Оно начинается с наших лучших существующих теорий. Когда некоторые из этих теорий кажутся нам неадекватными и мы нуждаемся в новых, это и составляет проблему. Таким образом, вопреки индуктивистской схеме, показанной на рис. 3.1, научное открытие не должно начинаться с результатов наблюдений, но оно всегда начинается с проблемы.

Под «проблемой» я понимаю не обязательно практическую трудную ситуацию или источник тревоги. Я имею в виду лишь набор идей, который представляется неадекватным и который стоит попытаться усовершенствовать. Существующее объяснение может казаться слишком многословным или слишком сложным; оно может выглядеть неоправданно узким или необоснованно амбициозным. В нем можно увидеть возможность объединения с другими идеями. Или объяснение, удовлетворительное в одной области, окажется невозможно согласовать со столь же удовлетворительным объяснением из другой области. Или, может быть, появились странные наблюдения, такие как блуждающие планеты, которые существующие теории не предсказали и не могут объяснить.

Последний тип проблемы напоминает первый этап схемы индуктивистов, но лишь внешне. Дело в том, что неожиданное наблюдение никогда не приводит к научному открытию, если только существовавшие до него теории не содержали уже семена проблемы. Например, облака блуждают даже больше, чем планеты. Это непредсказуемое блуждание, по-видимому, было известно задолго до того, как открыли планеты. Более того, прогнозы погоды всегда ценили фермеры, моряки и солдаты, так что всегда существовал стимул создать теорию движения облаков. Тем не менее не метеорология, а астрономия проложила путь для современной науки. Результаты метеорологических наблюдений были гораздо доступнее результатов астрономических наблюдений, но никто не обращал на них особого внимания, и никто не выводил из них теорий относительно холодных фронтов или антициклонов. История науки не была наполнена спорами, догмами, еретическими учениями, рассуждениями и тщательно продуманными теориями о природе облаков и их движения. Почему? Потому что при установившейся объяснительной теории погоды было совершенно ясно, что движение облаков непредсказуемо. Здравый смысл подсказывает, что движение облаков зависит от ветра. Когда они движутся в другом направлении, разумно предположить, что на разной высоте ветер может быть разным, и его направление вряд ли возможно предугадать, а потому легко сделать вывод, что объяснять больше нечего. Некоторые люди, несомненно, переносили этот взгляд на планеты и считали их просто сияющими объектами на небесной сфере, которые приводятся в движение ветром на большой высоте или, возможно, перемещаются ангелами, и большего объяснения не требовалось. Но других это не удовлетворяло: они предполагали, что за блужданием планет стоят более глубокие объяснения. Поэтому они искали такие объяснения и находили их. В одни времена в истории астрономии появлялась масса необъясненных наблюдательных данных, в другие – лишь крупицы таковых, а то и их не было. Но в любой период, выбирая предмет для теоретических рассуждений сообразно объему накопленных наблюдений конкретного явления, люди неизменно должны были бы выбирать облака, а не планеты. Тем не менее они выбирали планеты и делали это по различным причинам. Некоторые причины зависели от предубеждений относительно того, какой должна быть космология, или от доводов древних философов, или от мистической нумерологии. Другие основывались на физике того времени, другие – на математике или геометрии. Некоторые из этих причин, как оказалось, имели объективные достоинства, другие – нет. Но каждая из них сводилась к следующему: кому-то казалось, что существующие объяснения требуют усовершенствования и могут быть улучшены.

Проблему обычно решают путем нахождения новых или усовершенствованных теорий, которые содержат объяснения, избавленные от недостатков, но сохраняющие достоинства существовавших объяснений (рис. 3.2). Таким образом, после того, как проблема проявила себя (этап 1), всегда следует предположение (или догадка, или гипотеза): в надежде решить проблему предлагается новая теория или изменяется или переосмысливается старая (этап 2). Затем гипотезы подвергают критике, что (если критика рациональна) включает изучение и сравнение теорий, чтобы понять, какая из них предлагает лучшие объяснения относительно критериев, присущих проблеме (этап 3). Если предлагаемая теория не проходит испытание критикой, то есть предлагает худшие объяснения по сравнению с другими теориями, от нее отказываются. Если же мы видим возможность заменить одну из первоначальных теорий на одну из вновь предложенных (этап 4), то мы предварительно считаем, что делаем успехи в решении проблемы. Я говорю «предварительно», потому что последующее решение проблемы, возможно, потребует уточнения или замены даже этих новых, удовлетворительных на первый взгляд теорий, а иногда даже возврата к некоторым из ранее признанных неудовлетворительными. Таким образом, решение, каким бы хорошим оно ни было, еще не конец процесса: это начало процесса решения следующей проблемы (этап 5). Это описание иллюстрирует еще одно заблуждение индуктивизма. В науке цель заключается не в том, чтобы найти теорию, которая будет или может рассчитывать на то, чтобы считаться истиной вечно, а в том, чтобы найти лучшую на данный момент теорию и, если это возможно, уточнить все имеющиеся теории. Научное обоснование предназначено для того, чтобы убедить нас: данное объяснение – лучшее из имеющихся. Оно ничего не говорит, да и не может сказать, относительно того, выдержит ли это объяснение впоследствии новую критику и сравнение объяснениями, которые еще предстоит найти. Хорошее объяснение может дать хорошие предсказания относительно будущего, но ни одно объяснение не способно предугадать содержание или качество своих будущих конкурентов.

То, что я до сих пор описывал, применимо к решению любых проблем, независимо от рассматриваемого предмета или используемых методов рациональной критики. Решение научных проблем всегда содержит конкретный метод рациональной критики – экспериментальную проверку. Когда две или более конкурирующих теории дают различные предсказания результатов эксперимента, этот эксперимент проводят, а теорию или теории, предсказания которых оказались ложными, отвергают. Сама структура научных предположений направлена на нахождение объяснений, которые имеют экспериментально проверяемые предсказания. В идеале мы всегда ищем решающие экспериментальные проверки – эксперименты, результаты которых, какими бы они ни были, укажут на несостоятельность одной или нескольких конкурирующих теорий. Этот процесс показан на рис. 3.3. Независимо от того, была ли постановка проблемы стимулирована некими наблюдениями (этап 1) и разрабатывались ли конкурирующие теории (на этапе 2) в расчете на проверку, именно на этой, критической, фазе научного открытия (этап 3) экспериментальные проверки играют решающую и определяющую роль. Эта роль состоит в том, чтобы сделать вывод о негодности некоторых из конкурирующих теорий на том основании, что их объяснения приводят к неверным предсказаниям. Здесь я должен упомянуть об асимметрии, которая очень важна в философии и методологии науки: асимметрии между экспериментальным опровержением и экспериментальным подтверждением. Тогда как неправильное предсказание автоматически переводит лежащее в его основе объяснение в разряд неудовлетворительных, правильное предсказание вообще ничего не говорит об объяснении, лежащем в его основе. Низкосортных объяснений, дающих правильные предсказания, хоть отбавляй, что должны бы иметь в виду разные любители НЛО, сторонники теорий заговора и псевдоученые любого сорта (но чего они никогда не делают).

Если теорию о наблюдаемых событиях невозможно проверить, то есть ни одно возможное наблюдение ее не исключит, значит, она сама не может объяснить, почему эти события происходят именно так, как наблюдается, а не иначе. Например, «ангельскую» теорию движения планет проверить невозможно, потому что независимо от того, как планеты движутся, это движение можно приписать влиянию ангелов; следовательно, теория ангелов не может объяснить конкретное движение планет, которое мы видим, пока его не дополнит теория о том, как движутся ангелы. Именно поэтому в науке есть методологическое правило, которое гласит, что, как только теория, которую можно экспериментально проверить, прошла соответствующую проверку, любые другие менее проверяемые теории, конкурирующие с ней и касающиеся того же явления, отвергают сразу же, поскольку их объяснения, несомненно, окажутся хуже. Часто говорят, что это правило отличает науку от других методов создания знаний. Но, принимая то, что наука заключается в объяснениях, мы понимаем, что в действительности это правило – специальный случай общего подхода, естественным образом применимого к решению любых проблем: теории, способные дать более подробные объяснения, автоматически становятся предпочтительными. Их предпочтительность связана с двумя причинами. Первая состоит в том, что теория, «рискующая» высказываться более конкретно относительно большего числа явлений, открывает себя и своих соперников большему количеству форм критики, а следовательно, у нее больше шансов продвинуть вперед процесс решения проблемы. Вторая причина – просто в том, что, если такая теория выдержит критику, она оставит меньше необъясненного, что и является целью науки.

Я уже отмечал, что даже в науке экспериментальные проверки не составляют большую часть критики. Так происходит потому, что научная критика в основном направлена не на предсказания, которые дает теория, а непосредственно на объяснения, лежащие в ее основе. Проверка предсказаний – это лишь косвенный способ проверки объяснений (исключительно мощный, впрочем, когда его можно использовать). В главе 1 я привел пример «лечения травой» – теории о том, что, съев килограмм травы, можно вылечиться от простуды. Эту теорию и множество других, ей подобных, легко проверить. Но мы можем критиковать и отбрасывать их, даже не проводя эксперименты, просто на основе того, что они объясняют не больше господствующих теорий, которым они противоречат, но делают новые допущения, которые невозможно объяснить.

Стадии научного открытия, показанные на рис. 3.3, редко удается пройти последовательно с первой попытки. До завершения, или, лучше сказать, решения каждого этапа обычно происходит многократный возврат назад, поскольку на каждом этапе может возникнуть проблема, для решения которой необходимо пройти все пять этапов вспомогательного процесса решения. Это применимо даже к этапу 1, поскольку инициировавшая весь процесс проблема не является неизменяемой. Если мы не можем придумать хороших вариантов решения, мы можем вернуться на первый этап и попытаться сформулировать проблему иначе, а возможно, и выбрать другую проблему. На самом деле кажущаяся нерешаемость – только одна из множества причин, почему зачастую мы хотим изменить проблемы, которые решаем. Некоторые варианты проблемы неизбежно будут интереснее или теснее связаны с иными проблемами; другие – лучше сформулированы; третьи кажутся потенциально более плодотворными или более неотложными и т. д. Часто вопрос о том, в чем именно заключается проблема и какие качества должны быть присущи «хорошему» объяснению, подвергается такой же критике и порождает такие же предположения, что и попытки решения.

Сходным образом, если критика на этапе 3 не позволит выбрать одну из конкурирующих теорий, мы попытаемся изобрести новые методы критики. Если и это не приведет к прогрессу, можно вернуться на этап 2 и уточнить предлагаемые решения (и существующие теории) так, чтобы извлечь из них больше объяснений и предсказаний, облегчив тем самым поиск недостатков. Можно также вновь вернуться к этапу 1 и попытаться найти лучшие критерии, которым должны удовлетворять объяснения. И так далее.

Помимо этого постоянного возврата нужно помнить, что многие подпроблемы остаются активными одновременно, и к ним приходится обращаться по мере необходимости. И лишь когда открытие сделано, его четкое обоснование предстает в виде последовательности, похожей на рис. 3.3. Эта последовательность может начаться с самого последнего и наилучшего варианта проблемы; затем показать, почему некоторые из отвергнутых теорий не выдержали критики; далее сформулировать победившую теорию и сказать, почему она выдержала критику; объяснить, как обойтись без отброшенной старой теории; и, наконец, указать несколько новых проблем, которые это открытие создает или которые могут возникнуть.

Когда проблема все еще находится в процессе решения, мы имеем дело с огромным неоднородным набором идей, теорий и критериев, представленных во многих вариантах, которые конкурируют между собой за выживание. Существует непрерывная смена теорий по мере того, как они изменяются или их вытесняют новые теории. Таким образом, все теории подвергаются вариации и отбору в соответствии с критериями, которые тоже подвергаются вариации и отбору. Весь процесс напоминает биологическую эволюцию. Проблема подобна экологической нише, а теория – гену или виду, который проверяют на жизнеспособность в этой нише. Подобно генетическим мутациям, постоянно создаются новые варианты теорий, и менее удачные варианты отмирают, когда им на смену приходят более удачные. «Успех» – это способность выживать раз за разом под давлением отбора (критики), действующим в этой нише, причем критерии критики частично зависят от физических характеристик ниши и частично – от качеств, присущих другим генам и видам (т. е. другим идеям), которые там уже присутствуют. Новый взгляд на мир, который может подразумеваться теорией, решающей проблему, и отличительные черты нового вида, который захватывает нишу, – это эмерджентные свойства проблемы или ниши. Другим словами, процесс получения решений в силу своей природы сложен. Не существует простого способа открыть истинную природу планет, если даны, скажем, критика теории небесной сферы и некоторые дополнительные наблюдения, так же как не существует простого способа придумать ДНК коалы, опираясь на свойства эвкалиптов. Эволюция или метод проб и ошибок – особенно сконцентрированная, целенаправленная форма этого метода, называемая научным открытием, – единственный способ осуществить это.

Именно по этой причине Поппер назвал свою теорию о том, что знание увеличивается только через предположения и опровержения в духе рис. 3.3, эволюционной эпистемологией. Это важное объединяющее понимание, и мы увидим, что между этими нитями существуют и другие связи. Но я не хочу преувеличивать сходство научного открытия и биологической эволюции, поскольку между ними существуют и значительные отличия. Одно из отличий заключается в том, что в биологии вариации (мутации) происходят беспорядочно, они слепы и бесцельны, тогда как при решении проблем человеком создание новых предположений – процесс сам по себе сложный, нагруженный знаниями и движимый намерениями людей, в нем заинтересованных. Но, может быть, даже более важное отличие заключается в отсутствии биологического эквивалента аргумента. Все предположения необходимо проверять экспериментально, и это является одной из причин того, что биологическая эволюция протекает в астрономическое число раз медленнее и менее эффективно. Тем не менее между этими двумя типами процессов существует не просто аналогия, а более глубокая связь: они входят в число моих четырех тесно сплетенных между собой «основных нитей» объяснения структуры реальности.

Как в науке, так и в биологической эволюции эволюционный успех зависит от создания и выживания объективного знания, которое в биологии называется адаптацией. То есть способность теории или гена выжить в нише – не случайная функция его структуры: она зависит от того, достаточно ли истинной и полезной информации о нише закодировано в ней явно или неявно. К этому я вернусь в главе 8.

Теперь становится понятнее, что оправдывает те выводы, которые мы делаем из наблюдений. Выводы никогда не делаются из одних лишь наблюдений, но наблюдения могут сыграть значительную роль в процессе доказательства, показывая недостатки некоторых конкурирующих объяснений. Мы выбираем научную теорию, потому что аргументы, лишь немногие из которых зависят от наблюдений, убедили нас (на данный момент), что объяснения, предлагаемые всеми известными конкурирующими теориями, менее верны, менее обширны или глубоки.

Давайте сравним рис. 3.1 и 3.3. Посмотрите, насколько различны эти две концепции научного процесса. Индуктивизм основывается на наблюдениях и предсказаниях, тогда как наука в действительности основывается на проблемах и объяснениях. Индуктивизм предполагает, что теории каким-то образом извлекаются или выжимаются из наблюдений, или доказывают с помощью наблюдений, тогда как в действительности теория начинается как недоказанное предположение, возникшее в чьем-то разуме и, как правило, предшествующее наблюдениям, которые исключили бы конкурирующие теории. Индуктивизм пытается доказать, что предсказания, вероятно, будут сбываться и в будущем. Процесс решения проблем обосновывает, что некое объяснение превосходит все остальные имеющиеся на данный момент объяснения. Индуктивизм – опасный и постоянный источник ошибок разного рода, потому что, на первый взгляд, он весьма правдоподобен. Но это заблуждение.

Успешно решая проблему, научную или любую другую, в конечном итоге мы получаем набор теорий, которые, хотя они и не свободны от проблем, но предпочтительны по сравнению с существовавшими ранее. Какие новые качества будут присущи новым теориям, зависит поэтому от того, что мы посчитаем недостатками наших первоначальных теорий, то есть от того, в чем заключалась проблема. Наука характеризуется как своими проблемами, так и своими методами. Астрологи, решающие проблему составления более завлекательных гороскопов без риска быть пойманными на ошибках, вряд ли создали много того, что заслуживало бы статуса научного знания, даже если они использовали настоящие научные методы (например, исследование рынка) и сами в достаточной степени удовлетворены найденным решением. Задача настоящей науки всегда заключается в том, чтобы понять какой-то аспект структуры реальности, изыскивая объяснения, настолько обширные и глубокие, истинные и точные, насколько это возможно.

Когда мы считаем, что решили проблему, то, естественно, принимаем новый набор теорий вместо старого. Именно поэтому наука, рассматриваемая как поиск объяснений и решение проблем, не сталкивается с «проблемой индукции». Нет никакой тайны в том, почему мы чувствуем себя обязанными временно принять объяснение, которое является лучшим из всех нами придуманных.

Терминология

Солипсизм – теория о том, что существует только один разум, а то, что кажется внешней реальностью, – не более чем сон этого разума.

Проблема индукции – поскольку научные теории невозможно логически доказать с помощью наблюдений, то как их можно доказать?

Индукция – придуманный процесс, с помощью которого, как считалось, общие теории были получены из накопленных наблюдений или доказаны с их помощью.

Проблема существует, когда кажется, что некоторые наши теории, а особенно объяснения, которые они содержат, неадекватны и требуют усовершенствования.

Рациональная критика сравнивает конкурирующие теории с целью определить, какая из них предлагает наилучшие объяснения в соответствии с критериями, присущими проблеме.

Цель науки – понять реальность через объяснения. Характерный (хотя и не единственный) метод критики, используемый в науке, – экспериментальная проверка.

Экспериментальная проверка – эксперимент, результат которого может доказать ложность одной или нескольких конкурирующих теорий.

Резюме

В фундаментальных областях науки наблюдение даже небольших, едва различимых эффектов приводит нас к грандиозным заключениям относительно природы реальности. Тем не менее эти выводы невозможно логически получить только из наблюдений. Что же делает их убедительными? Это – «проблема индукции». Индуктивизм утверждает, что научные теории открывают, экстраполируя результаты наблюдений, и доказывают, получая подтверждающие их наблюдения. На самом деле индуктивное рассуждение неправильно, и невозможно экстраполировать наблюдения, если для них не найдено уже объяснительного каркаса. Однако опровержение индуктивизма, а также действительное решение проблемы индукции зависит от признания того, что наука – это не процесс выведения предсказаний из наблюдений, а процесс поиска объяснений. Мы ищем объяснения, когда возникают проблемы с уже существующими объяснениями. Тогда мы запускаем процесс решения проблемы. Новые объяснительные теории начинаются как недоказанные предположения, которые мы критикуем и сравниваем в соответствии с критериями, присущими проблеме. Теории, которые не выдерживают критики, мы отбрасываем. Теории, выдержавшие критику, становятся господствующими, но некоторые из них сами содержат проблемы и потому приводят нас к поиску еще лучших объяснений. Весь процесс напоминает биологическую эволюцию.

Таким образом, мы приобретаем все больше знаний о реальности, решая проблемы и находя лучшие объяснения. Но когда все сказано и сделано, проблемы и объяснения размещаются в человеческом разуме, который своей способностью рассуждать обязан подверженному ошибкам мозгу, а доставкой информации – подверженным ошибкам чувствам. Что же тогда дает человеческому разуму право делать заключения об объективной внешней реальности, исходя из своих чисто субъективных опыта и рассуждений?

4. Критерии реальности

Великий Галилео Галилей, которого, пожалуй, можно считать первым физиком в современном смысле, сделал много открытий не только в самой физике, но и в методологии науки. Он воскресил древнюю идею о выражении общих теорий, касающихся природы, в математической форме и усовершенствовал ее, разработав метод систематических экспериментальных проверок, который и характеризует науку, какой мы ее знаем. Он удачно назвал такие проверки cimenti, или «Божий суд». Он одним из первых начал использовать телескопы для изучения небесных тел, собрал и проанализировал свидетельства в пользу гелиоцентрической теории – теории о том, что Земля движется по орбите вокруг Солнца и вращается вокруг собственной оси. Он широко известен как защитник этой теории, из-за которой он и вступил в ожесточенный конфликт с Церковью. В 1633 году инквизиция судила его как еретика и под угрозой пыток принудила встать на колени и вслух прочитать длинное унизительное отречение, в котором говорилось, что он «отрекается» от гелиоцентрической теории, «проклинает и ненавидит» ее. (Легенда гласит, может и ошибочно, что, поднявшись на ноги, он пробормотал «eppur si muove…», что значило «и все-таки она движется…»¹¹.) Несмотря на это отречение, его осудили и приговорили к домашнему аресту, под которым он оставался до конца своей жизни. Хотя это наказание было сравнительно мягким, оно вполне достигло своей цели. Как сказал об этом Джейкоб Броновски:

«В результате среди всех ученых-католиков на долгие годы воцарилось молчание… Цель суда и заключения состояла в том, чтобы положить конец научной традиции Средиземноморья» (The Ascent of Мап, p. 218).

Каким образом спор об устройстве Солнечной системы мог иметь столь далеко идущие последствия, и почему его участники столь страстно отстаивали свои позиции? Дело в том, что на самом деле спор шел не об устройстве Солнечной системы, а о том, как блестяще Галилей защищал новый и опасный способ осмысления реальности. Спор шел не о существовании реальности, поскольку как Галилей, так и Церковь верили в реализм – основанный на здравом смысле взгляд на мир, согласно которому видимая физическая вселенная действительно существует и воздействует на наши органы чувств, в том числе и если они усилены приборами, такими как телескоп. В чем Галилей расходился с Церковью, так это в своем понимании отношения между физической реальностью с одной стороны и человеческими мыслями, наблюдениями и рассуждениями – с другой. Он считал, что вселенную можно понять, основываясь на универсальных, математически сформулированных законах, и что все люди могут получить надежное знание этих законов, если применят его метод математического описания и систематической экспериментальной проверки. Говоря его словами, «книга Природы написана математическими символами». Это было явным противопоставлением другой Книге, на которую было принято полагаться.

Галилей понимал, что если его метод действительно надежен, то, где бы его ни применяли, его выводы всегда будут предпочтительнее полученных с помощью других методов. Поэтому он настаивал, что научное рассуждение превосходит не только интуицию и здравый смысл, но и религиозное учение и его откровения. Именно эту идею, а не гелиоцентрическую теорию как таковую, власти сочли опасной. (И они были правы, потому что если говорить об идее, способной вызвать научную революцию и Просвещение, заложив фундамент современной светской цивилизации, то это была именно она.) Было запрещено «придерживаться» гелиоцентрической теории или «защищать» ее как объясняющую вид ночного неба. Однако использовать эту теорию, писать о ней, использовать ее «как математическое допущение» или защищать ее как метод приготовления предсказаний – все это было разрешено. Именно поэтому книгу Галилея «Диалог о двух главнейших системах мира», которая сравнивала гелиоцентрическую теорию с официальной геоцентрической, церковные цензоры разрешили к печати. Папа заранее дал свое согласие на написание Галилеем этой книги (хотя на суде и был создан вводивший в заблуждение документ о том, что Галилею было запрещено вообще обсуждать этот предмет).

С точки зрения истории интересна следующая деталь: во времена Галилея вопрос о том, дает ли гелиоцентрическая теория лучшие предсказания, чем геоцентрическая, еще не считался бесспорным. Имевшиеся наблюдения были не слишком точными. Для повышения точности геоцентрической теории предлагались подгоночные приемы, и было трудно количественно оценить предсказательную силу двух конкурирующих теорий. Более того, когда вникаешь в детали, оказывается, что гелиоцентрическая теория существует не одна. Галилей считал, что планеты движутся по окружностям, тогда как на самом деле их орбиты весьма близки к эллипсам. Таким образом, наблюдательные данные не вписывались в ту конкретную гелиоцентрическую теорию, которую защищал Галилей. (Несмотря на то, что убедили его как раз собранные наблюдения!) Так или иначе, Церковь не заняла в этом споре никакой позиции. Инквизиции было безразлично, где планеты были видны; ее заботила только реальность. Ее заботило, где действительно находятся планеты, и она, точно так же как и Галилей, стремилась понять планеты через объяснения. Инструменталисты и позитивисты сказали бы, что, поскольку Церковь была полностью готова принять наблюдательные предсказания Галилея, дальнейший спор между ними был нецелесообразен, а его слова «и все-таки она движется» были абсолютно бессмысленны. Но Галилею было виднее, как и инквизиции. Отрицая надежность научного знания, инквизиторы подразумевали именно его объяснительную часть.

Их мировоззрение было ошибочным, но оно не было нелогичным. Да, они считали откровение и авторитет традиции источниками надежного знания. Но у них была и независимая причина критиковать надежность знания, полученного методами Галилея. Они могли просто указать на то, что никакое количество наблюдений или доводов не способно доказать, что одно объяснение физического явления истинно, а другое ложно. Они могли бы сказать, что Бог способен произвести те же самые наблюдаемые эффекты бесконечно большим числом разных способов, а потому заявлять о своем знании того метода, который Он выбрал, основываясь только на своих собственных подверженных ошибкам наблюдениях и причинах, – это чистой воды тщеславие и самоуверенность.

В каком-то смысле они призывали к скромности и признанию подверженности человека ошибкам. И если Галилей заявлял, что гелиоцентрическая теория неким образом доказана, или близко к тому, в некотором индуктивном смысле, то у его оппонентов были сильные возражения. Если Галилей считал, что его методы могут обеспечить любой теории авторитет, сравнимый с тем, который Церковь приписывала своим доктринам, они имели право критиковать его за самонадеянность (или, как они говорили, за богохульство), хотя, безусловно, по тем же самым стандартам они были самонадеянны в намного большей степени.

Так как же мы можем защитить Галилея от инквизиции? Какой должна была быть защита Галилея перед обвинением в том, что он слишком много берет на себя, заявляя, что научные теории содержат надежное знание о реальности? Попперовской защиты науки, как процесса решения проблем и поиска объяснений, самой по себе недостаточно. Дело в том, что сама Церковь была прежде всего заинтересована в объяснениях, а не в предсказаниях, и не препятствовала тому, чтобы Галилей решал проблемы с помощью любой выбранной им теории. Она не соглашалась лишь с тем, что решения Галилея (которые она предпочитала называть лишь «математическими гипотезами») имеют какое-то отношение к внешней реальности. Решение проблем – это процесс, полностью происходящий в человеческом сознании. Возможно, Галилей видел весь мир как книгу, в которой законы природы записаны математическими символами. Однако это всего лишь метафора; ведь объяснения не написаны на орбите рядом с планетами. Факт в том, что все наши проблемы и решения находятся в нас и созданы нами. Решая научные проблемы, мы через обсуждение приходим к тем теориям, объяснения которых кажутся нам наилучшими. То есть, ни в коей мере не отрицая, что решать проблемы – правильно, до́лжно и полезно, инквизиция и современные скептики вправе спросить нас, как связано решение научных проблем с реальностью. Наши «лучшие объяснения» могут казаться нам психологически удовлетворительными. Мы можем считать их полезными для подготовки предсказаний. Мы, безусловно, находим их важными в любой области технического творчества. Все это оправдывает наш непрерывный поиск этих решений и использование их в этих целях. Но почему мы обязаны принимать их как факт? Заявление, которое инквизиция вынудила сделать Галилея, по существу состояло в следующем: в действительности Земля неподвижна, а Солнце и планеты движутся вокруг нее; но траектории движения этих небесных тел устроены сложным образом, который, если встать на точку зрения наблюдателя на Земле, также согласуется и с тем, что Солнце неподвижно, а Земля и планеты движутся. Я назову это «инквизиционной теорией» Солнечной системы. Будь инквизиционная теория верной, мы бы все равно ожидали, что гелиоцентрическая теория даст точные предсказания относительно результатов всех астрономических наблюдений с Земли, пусть даже фактически она и ложна. Следовательно, может показаться, что любые наблюдения, которые вроде бы подтверждают гелиоцентрическую теорию, в равной степени подтверждают и инквизиционную теорию.

При желании можно было бы расширить инквизиционную теорию для учета более детальных наблюдений, которые поддерживали гелиоцентрическую теорию, таких как наблюдение фаз Венеры и маленьких дополнительных движений (называемых «собственными движениями») некоторых звезд относительно небесной сферы. Для этого необходимо было бы постулировать даже более сложные движения в пространстве, управляемые законами физики, весьма отличными от тех, которые действуют на нашей предположительно неподвижной Земле. Но эти движения отличались бы в точности таким образом, чтобы с точки зрения наблюдений оставаться согласованными с Землей, находящейся в движении, и с законами, которые существуют здесь. Возможно множество подобных теорий. В самом деле, если бы требование правильных предсказаний было нашим единственным ограничением, мы могли бы изобрести теории о том, что в космическом пространстве происходит все, что нам угодно. Например, одни лишь наблюдения никогда не позволили бы исключить теорию о том, что Земля заключена в гигантский планетарий, представляющий нам имитацию гелиоцентрической Солнечной системы, и что вне этого планетария находится все, что вашей душе угодно, или вообще ничего. Конечно, чтобы учесть современные наблюдения, следует признать, что планетарию также пришлось бы перенаправлять импульсы наших радаров и лазеров, захватывать наши космические зонды и даже космонавтов, посылать обратно ложные сообщения от них и возвращать их с подходящими образцами лунного грунта, изменять наши воспоминания и т. д. Возможно, эта теория абсурдна, но проблема в том, что ее невозможно исключить с помощью эксперимента.

Кроме того, ни одну теорию недопустимо исключать, основываясь только на том, что она «абсурдна»: ведь инквизиция, да и большинство людей во времена Галилея, считали верхом абсурда заявлять, что Земля движется. Ведь мы же не можем почувствовать ее движение, не так ли? Когда она на самом деле движется, как при землетрясении, мы чувствуем это безошибочно. Говорят, что Галилей в течение нескольких лет откладывал публичное выступление в защиту гелиоцентрической теории не из-за боязни инквизиции, а из-за боязни быть осмеянным.

Нам инквизиционная теория кажется безнадежно запутанной. Почему мы должны принимать такой сложный и набитый произвольными допущениями рассказ, объясняющий вид неба, когда «голая» гелиоцентрическая космология дает то же самое, только с меньшим количеством суеты? Мы можем сослаться на принцип бритвы Оккама: «Не умножай сущности сверх необходимого», – или, как я предпочитаю формулировать эту же идею, – «не усложняй объяснения сверх необходимого», потому что, если вы сделаете это, излишние усложнения сами останутся без объяснения. Однако признание объяснения «запутанным» или «излишне усложненным» зависит от всех остальных идей и объяснений, которые составляют мировоззрение человека. Инквизиция сказала бы, что идея о движущейся Земле – излишнее усложнение. Эта идея противоречит здравому смыслу; она противоречит Писанию; и (они сказали бы) существует прекрасное объяснение, которое вполне обходится без нее.

Но существует ли? Действительно ли инквизиционная теория дает альтернативные объяснения без необходимости вводить контринтуитивные «усложнения» гелиоцентрической системы? Давайте рассмотрим подробнее, каким образом объясняет вещи инквизиционная теория. Она объясняет видимую неподвижность Земли, говоря, что она является неподвижной. Замечательно! На первый взгляд, это объяснение лучше, чем у Галилея, которому пришлось немало потрудиться и вступить в противоречие с некоторыми общепринятыми представлениями о силе и инерции, чтобы объяснить, почему мы не ощущаем движения Земли. Но как инквизиционная теория справится с более сложной задачей объяснения движения планет?

Гелиоцентрическая теория объясняет их движение так. Мы видим, как планеты движутся по небу сложными петлями, потому что в действительности они движутся в пространстве по простым окружностям (или эллипсам), но и Земля тоже движется. Объяснение инквизиции заключается в том, что мы видим, как планеты движутся по небу сложными петлями, потому что они действительно описывают в пространстве сложные петли; но (и здесь в соответствии с инквизиционной теорией следует суть объяснения) этим сложным движением управляет простой основной принцип, а именно: планеты движутся так, что, когда мы смотрим на них с Земли, кажется, что и они, и Земля движутся по простым орбитам вокруг Солнца.

Чтобы понять движение планет на языке инквизиционной теории, необходимо понять сам этот принцип, поскольку налагаемые им ограничения – основа любых конкретных объяснений, которые можно дать в рамках этой теории. Например, если бы кого-то спросили, почему соединение планет произошло такого-то числа или почему планета пошла по небу вспять, описывая петлю определенной формы, ответ всегда был бы следующим: «Потому что именно так все выглядело бы, если бы гелиоцентрическая теория была истинной». Итак, мы имеем дело с космологией – космологией инквизиции, – понимаемой лишь на основе отличной от нее, гелиоцентрической космологии, которой она противоречит, но которую при этом полностью копирует.

Если бы инквизиция всерьез попыталась понять мир на основе теории, которую она пыталась навязать Галилею, она бы тоже поняла ее губительную слабость, а именно: что она не решает ту проблему, на решение которой претендует. Она не объясняет движение планет «без усложнений, присущих гелиоцентрической системе». Напротив, она неизбежно включает эту систему как часть своего собственного принципа объяснения движения планет. Невозможно понять мир через теорию инквизиции, не поняв прежде гелиоцентрическую теорию.

Следовательно, мы не ошибаемся, когда считаем инквизиционную теорию витиеватой обработкой гелиоцентрической теории, а не наоборот. Мы пришли к такому выводу, не сравнивая теорию инквизиции с современной космологией, что было бы равноценно замкнутому кругу в рассуждениях, а пытаясь всерьез принять эту теорию, как она есть, в качестве объяснение мира. Я уже упоминал теорию о лечении с помощью травы, которую можно исключить без экспериментальной проверки, поскольку она не содержит объяснений. Теперь же у нас есть теория, которую можно исключить без экспериментальной проверки, поскольку она содержит плохие объяснения – объяснения, которые сами по себе хуже, чем те, которые предлагает конкурирующая теория.

Как я уже сказал, инквизиторы были реалистами. Тем не менее их теория имеет общую с солипсизмом черту: и та и другая проводят произвольную границу, за которую, как они утверждают, человеческий разум не имеет доступа, или за которой, по крайней мере, решение проблем не является путем к пониманию. Для солипсистов эта граница тесно окружает их собственный мозг, или, возможно, их абстрактный разум, или нематериальную душу. Для инквизиции эта граница заключает в себе всю Землю. Некоторые современные креационисты верят в существование такой же границы, только не пространственной, а временно́й, поскольку они считают, что вселенная была создана всего 6000 лет назад и дополнена вводящими в заблуждение свидетельствами о более ранних событиях. Бихевиоризм – это доктрина о том, что не имеет смысла объяснять поведение людей на основе внутренних психических процессов. Для бихевиористов единственной приемлемой психологией является изучение наблюдаемых реакций человека на внешние раздражители. Таким образом, они проводят точно такую же границу, как и солипсисты, отделяя человеческий разум от внешней реальности; только солипсисты говорят, что бессмысленно рассуждать о чем-то, находящемся вне этой границы, а бихевиористы утверждают, что бессмысленно говорить о том, что находится внутри нее.

Существует большой класс родственных теорий, но мы вполне можем рассматривать их все как варианты солипсизма. Они отличаются друг от друга тем, где проводят границу реальности (или границу той части реальности, которая постигаема через решение проблем), и тем, ищут ли они знание по другую сторону этой границы и как. Но все они считают, что научный рационализм и иные способы решения проблем неприменимы за пределами этой границы и становятся там просто игрой. Они могут допускать, что эта игра приносит удовольствие и пользу, но тем не менее она остается лишь игрой, из которой невозможно сделать обоснованных выводов относительно реальности, находящейся по другую сторону границы.

Они похожи между собой тем, что не признают решение проблем в качестве средства создания знаний, поскольку этот метод не извлекает выводов из какого бы то ни было абсолютного источника обоснований. В рамках выбранных ими границ сторонники всех этих теорий полагаются на методологию решения проблем, будучи уверенными в том, что поиск лучшего из имеющихся объяснений – это также и способ найти самую истинную из имеющихся теорий. Но истину относительно того, что находится за пределами этих границ, они ищут где-то еще, и все они ищут источник абсолютных обоснований. Для религиозных людей роль такого источника может сыграть божественное откровение. Солипсисты доверяют только непосредственному опыту своих собственных мыслей, как это выражено в классическом заявлении Рене Декарта: cogito ergo sum («мыслю, следовательно, существую»).

Несмотря на стремление строить свою философию на этой вроде бы твердой основе, в действительности Декарт позволял себе делать много других допущений и определенно не был солипсистом. На самом деле в истории было очень мало истинных солипсистов, если таковые были вообще. Солипсизм обычно защищали лишь как средство нападок на научное рассуждение или как трамплин к одному из многих его вариантов. И по той же причине хороший способ защитить науку от всевозможной критики и понять истинную связь между разумом и реальностью – это рассмотреть аргументы против солипсизма.

Есть стандартная философская шутка о профессоре, читающем лекцию в защиту солипсизма. Лекция настолько убедительна, что, как только она заканчивается, несколько студентов спешат пожать профессору руку. «Великолепно. Я согласен с каждым словом», – искренне признается один студент. «Я тоже», – говорит другой. «Мне очень приятно это слышать, – говорит профессор. – Так редко представляется возможность встретить собратьев-солипсистов».

В этой шутке неявно присутствует подлинный аргумент против солипсизма. Его можно сформулировать следующим образом. В чем конкретно заключалась теория, с которой соглашались эти студенты? Была ли это теория профессора о том, что студентов не существует, потому что существует только профессор? Чтобы в это поверить, им прежде всего необходимо было каким-то образом обойти аргумент Декарта cogito ergo sum. И если бы у них это получилось, они бы уже не были солипсистами, поскольку основное положение солипсизма заключается в том, что солипсист существует. Или каждый студент был убежден в теории, противоречащей тому, что излагал профессор, а именно в теории о том, что существует этот конкретный студент, но нет ни профессора, ни других студентов? Это на самом деле сделало бы их всех солипсистами, но ни один из студентов не согласился бы тогда с теорией, которую отстаивал профессор. Следовательно, ни одна из этих возможностей не означает, что защита солипсизма профессором убедила студентов. Если они согласятся с мнением профессора, они не будут солипсистами, а если они станут солипсистами, они будут уверены в том, что профессор ошибается.

1.Cтивен Вайнберг (род. 1933) – американский физик и популяризатор науки. Один из авторов теории электрослабого взаимодействия, за которую в 1979 г. вместе с Шелдоном Глэшоу и Абдусом Саламом был удостоен Нобелевской премии. – Прим. ред.

2.Черные дыры в квазарах в миллионы раз массивнее звезд. Они возникли либо в результате длительной аккумуляции массы сколлапсировавшими звездами, либо непосредственно за счет коллапса огромных газовых облаков. – Прим. ред.

3.Цит. по: Фарадей М. История свечи. – М.: Наука, 1980. – Прим. ред.

4.Такой свет называется монохроматическим. Длина его волны зависит от активного вещества данного лазера. – Прим. ред.

5.В оригинале использовано слово «interfered», от которого происходит термин «интерференция», означающий явление, объясняющее наблюдаемые эффекты. – Прим. ред.

7.Это не совсем точно. На такую величину отклоняется от ньютоновских предсказаний не положение самого Меркурия, а положение перигелия его орбиты. Также этот факт не вполне точно называть предсказанием, поскольку движение перигелия Меркурия было открыто более чем за полвека до появления общей теории относительности. – Прим. ред.

8.Во время солнечного затмения 29 мая 1919 г. Эддингтоном были организованы наблюдения близких к Солнцу звезд, подтвердившие правильность теории относительности. Оговорка о низкой точности наблюдений Эддингтона отражает позицию философов науки Джона Иермена и Кларка Глаймура, высказанную в статье 1980 г., где они обосновывали, что, обрабатывая наблюдения, Эддингтон необоснованно отбросил данные, противоречащие ОТО. В 2007 г. астрофизик Дэниэл Кеннефик реабилитировал Эддингтона, доказав корректность обработки данных. Однако эта информация появилась лишь через 10 лет после выхода первого издания книги Дойча. – Прим. ред.

9.Бертран Артур Уильям Рассел (1872–1970) – британский философ, математик, историк и общественный деятель, один из основателей аналитической философии, лауреат Нобелевской премии по литературе (1950). – Прим. ред.

10.Карл Раймунд Поппер (1902–1994) – австрийский и британский философ и социолог, основоположник философской концепции критического рационализма. Внес выдающийся вклад в философию науки. Основные труды: «Логика научного исследования» (1934), «Открытое общество и его враги» (1945), «Предположения и опровержения» (1963), «Объективное знание» (1972). – Прим. ред.

11.Обычно слова Галилея приводятся в чуть-чуть иной формулировке: «И все-таки она вертится!» – Прим. ред.

Bepul matn qismi tugad.