Универсальные законы Ньютона и мой дом
В 1975 году я решил построить свой дом (возможно, недостаточно основательно все обдумав) и построил. Заметьте, я не сказал “решил, чтобы мне построили дом”, хотя, вероятно, результат был бы лучше. Несколько лет я служил объектом шуток, потому что мяч, положенный на пол в гостиной, без посторонней помощи катился через столовую на кухню. Аналогичное явление наблюдалось на кухонной столешнице. Те люди, кому не давали покоя не совсем прямые линии, также комментировали окна на фасаде. Физику мой дом пришелся бы по вкусу, поскольку наглядно иллюстрировал законы движения Ньютона и некоторые принципы теории хаоса. Кроме того, физик мог бы посмеяться, что дом определенно построен специалистом по биологическим наукам, кем-то, кто чувствует себя комфортно с неточными измерениями, уж точно не инженером.
Прежде всего, мой дом демонстрировал базовый принцип экспериментальной науки: ни одно реальное измерение не может быть бесконечно точным, измеренная величина всегда содержит в себе некую степень неопределенности — пространство для маневра. Эта неопределенность объясняется тем, что точность любого измерительного прибора, какой бы мы ни использовали, конечна, а значит, он обладает погрешностью, которую никогда нельзя окончательно устранить, даже в теории. Более того, в некоторых случаях сам процесс измерения может изменить измеряемую величину. Физики знают это, но не любят. Вот почему они продолжают изобретать все более и более точные измерительные приборы, и мне следовало бы использовать таких побольше. Признаю, при постройке моего дома изначально присутствовали некоторые неточные измерения. Физики тут согласились бы, что, как ни досадно, этого, разумеется, следовало ожидать, но мой зять, работающий в подрядной организации, закатил бы глаза. И так же поступил бы Исаак Ньютон, ведь из-за этого ученого XVII века физики примерно два столетия верили, что измерить истинное значение величины в конце концов будет возможно — и тогда все четко встанет на свои места. Подставьте число в уравнение, и вы всегда получите в итоге один и тот же ответ.
Ньютон не был лодырем в студенческие годы. Когда он учился в Кембриджском университете, в городе началась эпидемия чумы, поэтому занятия прервали на два года. Вместо того чтобы сидеть у камина, читать новеллы (скажем, Чосера), играть в бильярд и потягивать пиво, дабы скоротать время, пока университет снова не откроют, он читал труды Галилея и Кеплера и изобрел дифференциальное и интегральное исчисление. И очень кстати, поскольку оно пригодилось несколько лет спустя. Итальянский астроном Галилео Галилей, умерший в 1642 году, почти за год до рождения Ньютона, не сидел сложа руки, рассуждая о том, как, по его мнению, устроена вселенная (образ действий Платона), а решил подкрепить свои идеи и наблюдения измерениями и математикой. Именно Галилею пришла в голову мысль, что тела сохраняют свою скорость и прямолинейную траекторию до тех пор, пока на них не подействует сила (нередко — сила трения). Это противоречило предположению Аристотеля, согласно которому тела естественным образом замедляются и останавливаются, если только какая-то сила не вынудит их продолжить движение. Галилей также сформулировал понятие инерции (естественной сопротивляемости тела изменению своего движения) и установил, что трение относится к категории сил.
Ньютон собрал все эти идеи вместе и выстроил одну стройную теорию. Тщательно проверив экспериментальные наблюдения и данные Галилея, он записал его законы движения в виде алгебраических уравнений и понял, что они описывают также наблюдения Кеплера за движением планет. Это не приходило в голову Галилею. Ньютон пришел к убеждению, что физическая материя вселенной (то есть все вообще) функционирует в соответствии с рядом непреложных познаваемых законов — математических зависимостей, которые он только что кратко записал. Три его закона движения, которые управляют поведением мячей в моей гостиной, выдержали испытание более чем трех столетий проведения экспериментов и применения на практике, во всем — от часов до небоскребов. Однако Ньютон своими законами потряс весь мир, а не только священные залы физики. Как, спросите вы, кто-то, возившийся с дифференциальным и интегральным исчислением, данными Галилея и яблоками, наделал столько шума? Если вы похожи на меня, уроки физики никогда особенно не повергали вас в экзистенциальный кризис.
Детерминизм
Если за ужином поднять тему детерминизма, скорее всего, тут же вспомнят про Ньютона с его универсальными законами, хотя эта идея существовала со времен любознательных греков. Ньютон свел тайны вселенной к набору математических формул. Если вселенная подчиняется системе жестких законов, что ж, значит, все предопределено с самого начала. Как я уже говорил, детерминизм — это философское учение, согласно которому все нынешние и будущие события и действия, включая мысли, решения и поступки человека, причинно обусловлены предшествующими событиями в сочетании с законами природы. Из этого следует, что каждое событие, действие и так далее предопределено и теоретически может быть заранее предсказано, если все параметры известны. Законы Ньютона работают и в обратную сторону. Это означает, что время не имеет направления. Поэтому вы можете также узнать о прошлом чего-либо, смотря на текущее состояние. (Некоторые серьезные философы и физики считают, что времени как такового не существует, как будто вопросы свободы воли и детерминизма для них недостаточно зубодробительны. Их аргумент — оно тоже иллюзия. И все это разыгрывается на феноменологическом фоне, где люди чувствуют себя свободными в реальном времени!) Детерминисты верят, что вселенная и все в ней полностью подчиняется закону причинности. Их левополушарные интерпретаторы взбесились? После того как мы еще немного углубимся в физику, мы вернемся к идее причинной обусловленности.
Сегодня практически все знакомы с последствиями этой идеи. Если вселенная и все в ней подчиняется предопределенным законам, тогда это, по-видимому, означает, что отдельные люди не несут личной ответственности за свои поступки. Давай, съешь торт “Шоколадная смерть”, он был предназначен тебе около двух миллиардов лет назад. Списываешь на экзамене? Ты не можешь ничего сделать — продолжай. Не ладится с мужем? Подсыпь ему яду и скажи, что вселенная вынудила тебя это сделать. Вот что вызвало такой переполох, когда Ньютон изложил свои универсальные законы. Я называю это унылой точкой зрения, но многие ученые и детерминисты считают, что так все и обстоит на самом деле. Остальные просто в это не верят. Заявления за обеденным столом “Вселенная заставила меня купить это платье!”
[21] или “Вселенная заставила меня приобрести автомобиль Porsche Boxster!” вряд ли заслужат одобрение. Но если бы мы были последовательными специалистами по нейронаукам, разве подобные фразы не должны были бы казаться нам нормальными?
Мир, придуманный задним числом?
Мы рады, что наши тела работают без сбоев, поскольку обслуживаются автоматическими системами, которые подчиняются детерминистическим законам. К счастью, мы не должны осознанно переваривать пищу, заставлять сердце биться, а легкие — насыщать кровь кислородом. Тем не менее нам не нравится думать, что наши мысли и поступки бессознательны и подчиняются ряду предопределенных законов. Однако факт остается фактом (и вы можете проверить это экспериментально): действие завершено, выполнено, кончено еще до того, как ваш мозг его осознал. Система интерпретации вашего левого полушария отодвигает момент осознания назад во времени, чтобы объяснить причину действия. Интерпретатор постоянно задает вопрос “Почему?” и отвечает на него. Собственно, Хакван Лау, сейчас работающий уже в Колумбийском университете, разобрался с этим ошибочным восприятием временной привязки в мозге. Он решил доказать (или опровергнуть) иллюзорность (или, наоборот, реальность) сознательного контроля над поступками, используя метод транскраниальной магнитной стимуляции.
