Джон Брокман - Во что мы верим, но не можем доказать. Интеллектуалы XXI века о современной науке
Изучение самоотносимых сетей, регулирующих активность генов в организмах, выполняющих различные функции и создающих в клетках различные конструкции посредством взаимодействия протеинов, а также исследования последовательности метаболических трансформаций в организме показывают, что все они обладают определенными свойствами автомодельной фрактальной структуры, регулируемой степенными отношениями.
Эти свойства напоминают структуру языков, которые также являются самоотносимыми сетями, описываемыми с помощью степенных отношений (как много лет назад обнаружил лингвист из Гарварда Дж. Зипф). Здесь напрашивается вывод о том, что организмы используют прото-язык, чтобы понять как унаследованную от предков историю (записанную в ДНК и ее молекулярных модификациях), так и их внешний контекст (окружающую среду). Таким образом, организмы создают нечто вроде культуры, где есть смысл и история, выраженные в формах (морфологии и поведении), свойственных их виду. Это — аналог встроенного или неявного смысла, который ученые-когнитологи считают сегодня важнейшим качеством человеческой культуры.
Если мы рассматриваем биологические виды как культуры, пережившие 3,7 миллиарда лет адаптивной эволюции на Земле, становится ясно, что они несут в себе важные знания и результативный жизненный опыт. Человеческой культуре эти знания крайне необходимы. Это глубинный источник мудрости о том, как можно жить рядом с другими организмами, эффективно использовать энергию и ресурсы, перерабатывать отходы, создавать функциональные и в то же время красивые формы, проявлять творческие способности и постоянно заниматься инновациями. Сейчас мы можем разработать целостный научный подход, объединенный с искусством и гуманитарными дисциплинами, на основании принципов естественной этики, последних научных достижений, объединяющих и качественный, и количественный подход.
Нужно очень много сделать, чтобы сформулировать этот единый подход, — от эмпирического изучения того, как организмы достигают целостности и адаптивности, до применения этих принципов в разработке человеческих артефактов, от генераторов энергии и систем коммуникаций до машин и фабрик. Цель такого подхода — интегрировать человеческую культуру с процессами природы, как это происходит у всех остальных живых организмов. Это позволит нам улучшать качество жизни на нашей планете, а не ухудшать его. Но для этого потребуется пересмотреть теорию эволюции с точки зрения естественных факторов, когда в жизненный цикл разных биологических видов встроен смысл, который можно назвать естественной культурой.
Интегрировать биологию и культуру с принципами физического мира будет нелегко, но мы уже видим, как это можно сделать. Например, автомодельные фрактальные паттерны, возникающие в физических системах во время фазовых переходов, когда возникает новый порядок, обладают теми же характеристиками, что и паттерны, наблюдаемые в биологических и культурных процессах, участвующих в создании порядка и смысла. Единая версия творческих и осмысленных космических процессов вполне может прийти на смену представлению о бессмысленном механистичном космосе, доминирующему в западной науке и культуре последние несколько сотен лет.
Лео Чалупа
ЛЕО ЧАЛУПА — профессор офтальмологии и нейробиологии, заведующий кафедрой нейробиологии, психологии и поведенческих наук Калифорнийского университета, Дэвис. Его научные интересы связаны с развитием и пластичностью зрительной системы млекопитающих и факторами, регулирующими формирование функциональных, нейрохимических и структурных свойств ретинальных клеток ганглия.
Вот три вещи, в которые я верю, но не могу доказать.
1. Человеческий мозг — самый сложный организм в известной нам Вселенной.
2. Благодаря этому непостижимому продукту эволюции мы в итоге сможем узнать все, что можно знать о физическом мире, — конечно, при условии, что наш биологический вид не исчезнет с лица земли в связи с какой-нибудь катастрофой.
3. Наука предлагает лучшие средства для достижения этой окончательной цели.
Если рассматривать научные исследования с точки зрения очевидных ограничений человеческого мозга, то знания, накопленные нами во всех научных сферах, просто поразительны. Рассмотрим неопровержимо доказанную вариабельность функциональных характеристик нейронов. Наблюдение за реакциями отдельных нейронов — например, реакцией зрительной зоны коры головного мозга на вспышку света — демонстрирует поразительные вариации. В одном случае этот простой стимул (вспышка света) может вызвать настоящий взрыв реакций, а при следующем опыте реакции может почти не быть. Те же самые феномены проявляются в данных электроэнцефалограммы: частота и амплитуда волн мозга меняются совершенно непредсказуемо, даже если испытуемый спокойно лежит и нет никаких изменений в его поведении или в окружающей среде. Подобная изменчивость наблюдается и при магнитно-резонансной томографии; красочные фотографии состояний мозга, которые можно увидеть в печати, — это просто «среднее арифметическое» множества исследований, выведенное компьютером.
Как же мозг делает это? Как он может функционировать настолько эффективно, как ему это удается, если учесть неизбежные искажения, свойственные его системе? У меня нет хорошего ответа на этот вопрос, и ни у кого другого его тоже нет, несмотря на все научные труды в этой области. Но в соответствии со вторым из трех убеждений, приведенных выше, я уверен, что в один прекрасный день мы найдем ответ.
Маргарет Вертхейм
МАРГАРЕТ ВЕРТХЕЙМ — популярный автор и комментатор. Много пишет о проблемах пауки и общества для журналов, телевидения и радио. Автор книг «Пифагоровы штаны» и «Жемчужные врата киберпространства». Сейчас работает над книгой, посвященной роли воображения в теоретической физике.
Мы все во что-то верим, и наука сама по себе исходит из целого ряда верований. Прежде всего, наука строится на представлении, что вещи поддаются пониманию и что благодаря нашему изобретательному разуму и все более тонким инструментам в конце концов мы будем знать Все.
Но познаваемо ли Все? Я верю, хотя и не могу этого доказать, что всегда будут явления, которых мы не знаем, — большие, маленькие, интересные и важные.
Если теоретическая физика может служить для нас ориентиром, можно предположить, что наука приближается к своей окончательной цели. В последние несколько десятилетий физики-теоретики находятся в поисках так называемой Теории Всего, которую лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг окрестил «окончательной теорией». Предполагается, что это будет окончательный набор уравнений, способный объединить все фундаментальные силы, известные сегодня физикам: гравитацию, электромагнетизм и ядерные силы, действующие в ядрах атомов. Но такая теория, если нам повезет извлечь ее из всей массы конкурирующих концепций, ничего нам не скажет о том, как формируются протеины или как возникла ДНК. Тем более она не сможет пролить свет на химию живой клетки или на действие человеческого разума. Теория Всего даже не поможет понять, как возникают снежинки.
Мы уже выяснили, как произошла Вселенная, и смогли наблюдать искривления пространства и времени. Поэтому трудно поверить, что ученые до сих пор не понимают чего-то, на первый взгляд, настолько простого, как формирование кристаллов льда. Но это действительно так. Физик из Калифорнийского технологического института Кеннет Либбрехт — всемирно известный эксперт по формированию кристаллов льда. Этот неформальный проект он начал более двадцати лет назад. Как он говорит, «на этой планете живет шесть миллиардов человек, и мне кажется, хотя бы один из них должен понимать, как формируются снежные кристаллы». После двух десятков лет тщательных экспериментов в специально сконструированных герметичных камерах Либбрехт пришел к выводу, что несколько продвинулся в понимании процесса кристаллизации льда по краям псевдожид-кого слоя, окружающего ледяные структуры. Он называет свою теорию «зависимой от структуры кинетикой связывания», но сразу же делает оговорку, что ее нельзя считать окончательной. Превращение воды в лед — удивительно сложный процесс, всегда занимавший великие умы, например, Иоганна Кеплера и Майкла Фарадея. Либбрехт надеется, что сможет еще немного увеличить наши знания об этой чудесной субстанции, без которой невозможна жизнь.
Кроме того, Либбрехт — один из сотен физиков, работающих в лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO). Задача обсерватории — регистрировать гравитационные волны, исходящие от черных дыр и других массивных космических объектов. Существование гравитационных волн предсказано общей теорией относительности, и поэтому физики верят, что они есть. Эта вера привела к созданию оборудования стоимостью в полмиллиарда долларов. Любой успешной Теории Всего придется считаться с гравитацией, которая, вместе с тремя другими силами, должна в конечном итоге проявиться и в форме волн, и в форме частиц. Обсерватория LIGO должна регистрировать волновую форму этой таинственной силы, если она, конечно, существует.
