Десять великих идей науки. Как устроен наш мир. - Питер Эткинз

Средний палец правой руки Галилея. Палец был отделен от тела Галилея 12 марта 1737 г., когда его останки были перенесены в главное здание церкви Санта Кроне, Флоренция. В настоящее время находится во флорентийском Музее истории науки. Сосуд, содержащий палец, имеет цилиндрическое алебастровое основание, на котором нанесена следующая надпись:

Leipsana пе spernas digiti, quo dextera coeli Mensa vias, nunquam visos mortalibus orbes Monstravit, parvo fragilis molimine vitri Ausa prior facinus, cui поп Titania quondam Sufficit pubes congestis monlibus altis, Nequidquam superas conata ascendere in arces.

«Не смотри свысока на останки перста того, чья правая рука измерила путь в небеса и указала смертным небесные тела, доселе невиданные. Приготовив малый кусок хрупкого стекла, он первым дерзнул на подвиг, который в древние времена не осилили молодые Титаны, громоздившие гору на гору в тщетной попытке взять неприступную цитадель.» 

Пролог

Возникновение понимания

Галилей указал точку поворота, в которой научные усилия приняли новое направление, в которой ученые — анахронический, конечно, для того времени термин — поднялись со своих кресел, поставили под вопрос состоятельность прошлых попыток постичь природу мира при посредничестве союза мышления и авторитета и сделали первые нерешительные шаги по пути современной науки. На этом пути они отвергли не подлежащие проверке мнения авторитетов и, не отказавшись все же от умозрения в креслах и углубленного созерцания, выковали новый, более могущественный союз мысли с техникой экспериментального наблюдения, допускающего независимую проверку. Мы видим, что палец Галилея окропил святой водой этого союза все существующие сегодня куличи нашей науки. Мы ощущаем этот дух в физике, куда он проник сначала, в химии, где он проложил себе путь в начале девятнадцатого века, и в биологии, особенно когда в девятнадцатом и двадцатом столетиях биологию перестали воспринимать просто как кладезь чудес.

Говоря короче, эта книга воспевает мощь символического перста Галилея в деле извлечения истины. Тот факт, что физически от Галилея остался лишь палец, а наследие его методов процветает, является также символом бренности человеческого существования по сравнению с бессмертием знания. Тогда перст Галилея олицетворяет это туманное понятие: «научный метод». Галилей, конечно, не был ни единственным, ни даже первым среди тех, кто ввел этот метод получения знания, но он является персоной, в истории идей достаточно выдающейся для того, чтобы считать оправданным выбор в качестве символа именно его имени. Одной из характеристик этого удивительно мощного метода выкапывания истины о мире, отличающей науку от ее главного конкурента — впечатляюще выраженного, но совершенно необоснованного умозрения, — является центральная роль эксперимента. Выход в мир и проведение наблюдений в тщательно контролируемых условиях минимизируют субъективную составляющую нашего восприятия и, в принципе, открывают результаты наблюдений для независимой проверки.

Вглядываясь в мудреное устройство небесных сфер через линзы своего реального телескопа, Галилей развил также и искусство упрощения, выделения существа проблемы, мысленного вглядывания в облака, которые в реальных системах скрывают простоту, лежащую в их основе. Он не стал возиться со скрипучими повозками, влекомыми по грязи; вместо этого он рассматривал простоту шара, катящегося по наклонной плоскости, маятника, качающегося на высокой подставке. Это умение выделить ядро явления из шума и неразберихи реального мира представляет собой ключ к научному методу. Ученые видят в устрице жемчужину, в короне — драгоценный алмаз.

Кое-кто, разумеется, будет утверждать, что в этом и кроется слабость. Истинное понимание, заявляют они, приходит из погружения в сумятицу реальной жизни: опрокинутая в грязь повозка, сетующий любовник, жаворонок, набирающий высоту. Это ученое исследование бабочки с целью узнать ее механизм является отрицанием понимания, заявляют они. Мы должны иметь в виду это возражение, но не подпускать его слишком близко. Большинство ученых, являясь человеческими существами, признают, что чувства являются волшебной составляющей нашего общения с миром, но мало кто согласится с тем, что они указывают надежный путь к истине. Ученые предпочитают распутывать внушающую ужас сложность мира, изучать по отдельности его изолированные куски и возводить его вновь наилучшим из доступных способов, но уже с более глубоким пониманием. Для того чтобы постичь движение повозки на холме, они исследуют поведение шара на наклонной плоскости; чтобы понять качание ноги атлета, они изучают маятник. Их оппоненты будут кричать, что понимание физики колебаний не проливает света на тайну наслаждения музыкой и что разделение симфонии на ноты разрушает понимание ее композиции. Ученые ответят, что мы должны сначала понять, что такое ноты, затем перейти к пониманию того, почему некоторые аккорды гармоничны, а другие нет, и уж затем — на это может не хватить и десятилетий — попытаться понять психологическое и эстетическое воздействие последовательностей аккордов. Наука стремится к полноте понимания, никогда не теряя из виду конечную цель и не набрасываясь в нетерпении на полупропеченные пироги. Постигнут ли когда-нибудь ученые смысл радости постижения мира или спектакля наших жизней в нем и все иные великие вопросы, которые философы, художники, пророки и теологи считают территорией, это вопрос досужего умозрения. А мы все знаем, насколько оно бывало полезно.

Под великой идеей я понимаю простую концепцию с великими последствиями, идею-желудь, который разросся в огромный дуб с ветвящимися приложениями, идею-паука, способного сплести огромную паутину и натянуть ее на все изобилие объяснений и толкований. Мне пришлось действовать весьма избирательно, и у меня нет сомнения, что другие могли бы предъявить других сверхпауков, которые отловили бы других сочных мух науки. Однако здесь выбор мой.

Я сконцентрировался более на самих идеях, чем на приложениях. Я написал мало о черных дырах и космических путешествиях, и едва ли написал что-то — за исключением моих рассуждений в Эпилоге — о том чудесном сдвиге парадигм, который мы переживаем в текущий момент в форме информационных технологий и компьютеров. Моей целью было выявить идеи, которые освещают путь и, в большинстве случаев, обеспечивают основу технологического прогресса. Наделенный богатым воображением интеллектуальный наследник Галилея Фримен Дайсон проводит различие между наукой, движимой концепциями, и наукой, движимой приборами. Почти все в этой книге относится к движимому концепциями. В этом различении Дайсон вторит другому мыслителю, проводившему различия, Френсису Бэкону, который разделял идеи на fructifera, несущие плоды, и lucifera, несущие свет. Я концентрируюсь на последних. Является ли молекулярная биология и следствия открытия структуры ДНК lucifera или fructifera, являются ли они движимыми концепциями или движимыми приборами, и нужно было или нет включать их сюда, это вопрос спорный. Я сделал выбор в пользу первого варианта в каждом случае, поскольку никакое иное открытие не внесло столь много в наше понимание и практическое использование биологии, и было бы абсурдом его исключать. Возможно, в молекулярной биологии мы видим слияние lucifera и fructifera в науку беспрецедентного динамизма.

Изложение идей науки не похоже на роман, в котором события разворачиваются в простой линейной последовательности. Чтобы понять научную идею, вам, возможно, потребуется в первый раз читать быстро, перескакивая места, которые выглядят слишком трудными или (не дай бог) слишком скучными. Разумеется, хотя я считаю, что существует естественная последовательность изложения, как, например, восхождение из мрака основ к дневному свету знакомого мира, или бурение вглубь от знакомого к более фундаментальному (я предпочитаю последнее), главы являются более или менее независимыми и могут читаться в любом порядке.

Вторым аспектом, который следует иметь в виду, является характеризующий современную науку дрейф в сторону абстракции. Абстракция это еще одна важная грань пальца Галилея, и мы должны быть внимательны к ее роли и ее значимости. Во-первых, абстрактное не означает бесполезное. Абстракция может иметь огромное практическое значение, потому что она указывает на неожиданные связи между явлениями и позволяет использовать идеи, развитые в одной области науки, в других ее областях. Наиболее важно, однако, что абстракция является способом, позволяющим отвлечься от множества наблюдений и рассмотреть их в более широком контексте. Один из моментов, вызывающих наиболее глубокое удовлетворение при занятиях наукой и при чтении о науке, момент «эврика!», подобен опыту Кортеса, увидевшего, как океаны сливаются в единое целое, и заключается он во внезапном осознании связи между явлениями, которые раньше казались разобщенными. Я намереваюсь совершить с вами путешествие по высоким горным хребтам науки, где мы сможем почувствовать это слияние, вызывающее священный ужас и удовлетворение, и пройти путь постепенно раскрывающегося наслаждения все большей и большей абстракцией. Итак, я начну с обезьян и гороха, потом проведу вас сквозь атомы к красоте, затем через пространство-время к вершине, к этому ужасающему апофеозу абстракции, к математике. Если вы прочтете все главы последовательно, вы обнаружите, что каждая последующая глава углубляет ваше понимание того, что вы узнали прежде.