Достучаться до небес. Научный взгляд на устройство Вселенной - Лиза Рэндалл

Этот урок можно распространить на многие явления, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни. Как правило, мы можем не обращать внимания на подробности внутренней структуры или точный состав, хотя свойства материала имеют значение. Чтобы ездить на автомобиле и даже водить его, не нужно знать его внутреннее устройство. Готовя на кухне, мы смотрим, пропекся ли пирог, достаточно ли разварилась овсянка и поднялось ли суфле.

А вот скрытая внутри продуктов атомная структура, отвечающая за все эти изменения, нас интересует редко, — если, конечно, мы не посвятили себя молекулярной кулинарии. Однако это не отменяет того факта, что без составляющих ее атомов пища не была бы питательной. Ингредиенты суфле совсем не похожи на итоговое блюдо (рис. 12). Тем не менее без элементов и молекул, которые вы предпочитаете не замечать, ваша еда не могла бы существовать.

РИС. 12. Суфле сильно отличается от ингредиентов, из которых приготовлено. Точно так же вещество может обладать совершенно другими свойствами — и на первый взгляд подчиняться совершенно другим физическим законам, — нежели те более фундаментальные «кирпичики» вещества, из которых оно построено

Аналогично практически любой человек затруднится точно определить, что такое музыка. Но если все же попытаться описать это явление и нашу эмоциональную реакцию на него, то вряд ли музыка будет рассматриваться на уровне атомов или нейронов. Когда мы слушаем музыку, наши уши регистрируют звуковые колебания, произведенные хорошо настроенным инструментом, но на самом деле музыка — это нечто гораздо большее, чем колебания отдельных атомов воздуха, а наша реакция на музыку — не просто физическое действие ее на ухо и мозг.

Тем не менее материалистическое мировоззрение никуда не девается, и физическая основа происходящего имеет принципиальное значение. Музыка действительно возникает при колебаниях молекул воздуха. Избавьтесь от механической реакции уха на чисто физические явления — и вы не услышите музыки. (Да, и в космосе никто не услышит вашего крика.) Дело просто в том, что наше восприятие и понимание музыки выходит за рамки чисто материалистического описания. Сосредоточившись только на колебаниях молекул, мы не сможем ответить на вопрос о том, как человек воспринимает музыку. Для понимания музыки необходимо оценивать и аккорды, и гармонию, и отсутствие гармонии такими способами, в которых никак не участвуют молекулы или колебания. Тем не менее музыка без колебаний — или по крайней мере без сенсорного воздействия, которое производят эти колебания на человеческий мозг —· невозможна.

Еще один пример. Понимание базовых компонентов, составляющих тело животного, — это лишь первый шаг к пониманию того, что представляет собой жизнь. Мы почти наверняка не сможем понять природу жизни, не разобравшись в том, как эти компоненты, соединившись, порождают знакомые нам явления. Жизнь — эмерджентное явление[16], выходящее за рамки простой суммы составляющих ее элементов.

Скорее всего, сознание — тоже эмерджентное понятие. Хотя у нас нет пока вразумительной теории сознания, ясно, что мысли и чувства коренятся, по существу, в электрических, химических и физических свойствах мозга. Ученые могут наблюдать физические явления в мозгу, связанные с мыслями и чувствами, хотя и не способны пока объединить все это воедино и объяснить, как что работает. Такой материальный взгляд необходим, но не всегда достаточен для понимания всех явлений нашего мира.

Никто не может гарантировать, что мы когда‑нибудь сумеем понять сознание до самых фундаментальных его составляющих, но не исключено, что нам удастся в конце концов выработать принципы, применимые на неком более крупном, более составном или эмерджентном масштабе. Будущие научные успехи помогут ученым лучше понять фундаментальную химию и электрические каналы мозга и таким образом идентифицировать базовые функционирующие единицы. Сознание, вероятно, будет объяснено как явление, которое можно до конца понять, только выделив и изучив правильные составные элементы.

Это означает, что шанс на серьезное продвижение в этом направлении имеют не только нейробиологи, изучающие базовую химию мозга. Психологи, к примеру, задаются вопросом о том, чем мыслительные процессы младенца отличаются от наших с вами; другие ученые исследуют, чем мысли человека отличаются от собачьих; у тех и других тоже хорошие шансы на успех. Исследуя проблему на более высоком уровне, мы, возможно, сможем понять кое‑что о сознании и о том, какие вопросы надо будет задать, когда мы пойдем дальше и начнем изучать строительные кирпичики — а именно химию и физику мозга. Как и в случае с чудесным суфле, нам придется разбираться в эмерджентных системах, которые при этом вскроются. Тем не менее ни одна человеческая мысль не может возникнуть и ни одно действие не может иметь место без того, чтобы не были затронуты физические компоненты нашего тела.

Физика, может быть, не так загадочна, как квантовая теория сознания, но она делает успехи, изучая явления на разных масштабах. Изучая несопоставимые размеры и различные состояния вещества, физики ставят перед собой разные задачи. Вопросы, которые мы задаем себе при разработке проекта космического корабля для путешествия на Марс, существенно отличаются от тех, которые интересуют нас при изучении взаимодействия кварков. Разумеется, те и другие имеют право на существование, но одни из других напрямую не выводятся. Тем не менее материальный объект, который мы отправляем в космос, состоит из тех самых фундаментальных компонентов, в которых мы надеемся разобраться.

Мне не раз случалось слышать, как материалистическую точку зрения, которой придерживаются ученые, изучающие элементарные частицы, критикуют как редукционистскую; при этом нередко нам указывают на все те явления, в которых мы не хотим — или не можем — разобраться. Иногда речь идет о физических или биологических процессах, таких как деятельность мозга или ураганы, иногда о духовных явлениях; здесь я теряюсь и не всегда понимаю, о чем идет речь, но вынуждена согласиться — да, мы их не исследуем. Физические теории имеют отношение к строению вещества на любых масштабах — от крупнейших до мельчайших. Со временем мы выстраиваем непротиворечивую картину того, как реальность одного уровня переходит в реальность другого уровня. Базовые элементы для реальности принципиально важны, но ученые не считают, что знания о них сами по себе все объясняют. Для объяснений нужны дальнейшие исследования.

Даже если окажется, что теория струн объясняет квантовую гравитацию, понятие «теория всего» все равно не пригодится. В том маловероятном случае, если физикам удастся‑таки выработать всеохватывающую фундаментальную теорию, без ответа все равно останется множество вопросов о явлениях более крупных масштабов — ведь для этого недостаточно только знания базовых компонентов. Только когда ученым удастся понять комплексные явления, возникающие на более крупных масштабах, чем те, что описываются элементарными струнами, можно будет надеяться на объяснение сверхпроводящих материалов, чудовищных океанских волн — и жизни. Ученые в своей работе исследуют масштаб за масштабом — последовательно. Это позволяет нам изучать объекты и процессы на гораздо больших расстояниях и масштабах, чем те, что были бы нам доступны, если бы мы пытались непременно отслеживать поведение каждого из их компонентов.