Брайан Грин

До конца времен.

Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной

Предисловие

«Я занимаюсь математикой потому, что стоит доказать теорему — и она останется в математике. Навсегда»[1]. Это заявление, простое и откровенное, поразило меня. Я учился тогда на втором курсе в колледже и упомянул как-то в разговоре со старшим другом, который много лет преподавал мне самые разные разделы математики, что в рамках курса психологии пишу работу о человеческой мотивации. Его ответ стал для меня поворотным пунктом. До того момента я никогда не задумывался о математике в сколько-нибудь похожем ключе.

Для меня математика была диковинной игрой абстрактной точности, в которую играли представители забавного сообщества, радовавшиеся, когда в конце длинного рассуждения неведомо откуда вылезал квадратный корень или деление на ноль. Но после этого замечания все вдруг встало на свои места. «Да, — подумал я, — именно в этом состоит главная притягательность математики». Творческое начало, заключенное в рамки логики и некоторого набора аксиом, подсказывает нам, как можно манипулировать идеями и комбинировать их, чтобы получать неопровержимые истины. Каждый прямоугольный треугольник с допифагоровых времен и навечно подчиняется знаменитой теореме, которая носит имя Пифагора. Исключений не существует. Конечно, можно изменить исходные предположения — и погрузиться в исследование новых царств (к примеру, царства треугольников на искривленной поверхности, подобной поверхности баскетбольного мяча) способных опровергнуть вывод Пифагора. Но определитесь с исходными аксиомами, перепроверьте лишний раз работу — и ваш результат можно будет высекать на камне. Не нужно взбираться на горную вершину, не нужно бродить по пустыне, не нужно бороться с преступным миром. Можно сидеть в удобном кресле за письменным столом и при помощи бумаги, карандаша и острого ума создавать вещи, неподвластные времени.

Эта перспектива открыла передо мной новый мир. Я никогда по-настоящему не спрашивал себя, почему меня так сильно привлекают математика и физика. Решать задачи и узнавать, как устроена Вселенная, — вот что меня всегда манило и завораживало. Теперь же я убедился: меня влекло к этим дисциплинам их возвышение над непостоянной природой обыденности. Хотя в то время жизнью моей управляла в первую очередь юношеская эмоциональность, я внезапно понял, что хочу стать участником путешествия к откровениям настолько фундаментальным, что они никогда не изменятся. Пусть возникают и рушатся государства, пусть проходят первенства по бейсболу, пусть приходят и уходят легенды кино, телевидения и сцены. Я хотел провести свою жизнь в попытках хотя бы мельком увидеть что-то исключительное.

А пока мне по-прежнему необходимо было написать ту работу по психологии. Требовалось представить теорию о том, почему мы, люди, делаем то, что делаем. Но всякий раз, стоило приступить к работе, проект начинал казаться весьма туманным. Если облечь разумные вроде бы идеи в правильные слова, начинает казаться, что ты, может, все это вообще сам придумал. Я рассказал как-то об этом за обедом в общежитии, и один из проживавших там преподавателей посоветовал мне заглянуть в книгу Освальда Шпенглера «Закат Европы». Шпенглер — немецкий историк и философ — глубоко интересовался математикой и естественными науками; именно поэтому мне и рекомендовали его книгу.

Предсказания политического коллапса и завуалированная поддержка фашизма — суть содержания книги, завоевавшего ей и добрую и дурную славу, — вызывают глубокую тревогу и давно уже используются для поддержки пагубных идеологий, но я был слишком зациклен на своей цели, чтобы обратить на них внимание. Меня же заворожила идея Шпенглера о всеобъемлющем наборе принципов, способных пролить свет на скрытые закономерности, проявляющиеся в разнородных культурах, примерно как закономерности, сформулированные в теории дифференциального и интегрального исчисления и евклидовой геометрии, трансформировали представления ученых в физике и математике[2]. Шпенглер говорил на моем языке. Меня вдохновило, что в тексте по истории с уважением говорилось о математике и физике как о модели прогресса. Но затем я наткнулся на наблюдение, которое застало меня совершенно врасплох: «Человек — единственное существо, которое знает смерть; все остальные стареют, но их сознание полностью ограничено текущим моментом, который, должно быть, представляется им вечным», и это знание порождает «чисто человеческий страх в присутствии смерти». Шпенглер заключал, что «из него исходит каждая религия, каждое научное исследование, каждая философия»[3].

Помню, я надолго застрял на последней строчке. Такая точка зрения на человеческую мотивацию была мне понятна. Может быть, очарование математического доказательства состоит в том, что оно вечно? Тяга, которую мы испытываем к закону природы, связана, возможно, с его вневременным характером. Но что гонит нас, что заставляет жаждать вневременного, искать качества, способные существовать вечно? Возможно, все это исходит из нашего уникального сознания того, что сами мы существуем где угодно, но не вне времени, что наши жизни могут быть какими угодно, но не вечными. Все оказалось созвучно с моими новообретенными мыслями о математике, физике и притягательности вечности и попало точно в цель. Это был подход к человеческой мотивации, бравший начало в правдоподобной реакции на всеобъемлющее признание. Подход, в котором ничего не придумывалось на ходу.

Я продолжал размышлять над этим выводом, и мне все больше казалось, что он обещает нечто еще более грандиозное. Наука, как отмечал Шпенглер, — это один из вариантов реакции на знание о нашем неизбежном конце. Другой вариант — религия. Третий — философия. Но в самом деле, стоит ли на этом останавливаться? Определенно не стоит, если верить Отто Ранку, одному из первых учеников Фрейда, завороженному творческим процессом человека. Художник, по оценке Ранка, — это человек, чей «творческий импульс… пытается обратить эфемерную жизнь в личное бессмертие»[4]. Жан-Поль Сартр пошел еще дальше, заметив, что сама жизнь лишена смысла, «если ты лишился иллюзии бессмертия»[5]. Таким образом, предположение, прокладывающее себе дорогу через этих и других мыслителей, состоит в том, что значительная часть человеческой культуры — от художественных экспериментов до научных открытий — инициирована размышлениями о конечной природе жизни.

Серьезное дело. Кто знал, что увлеченность всем, связанным с математикой и физикой, выльется в мечты о единой теории человеческой цивилизации, движимой плодотворной двойственностью жизни и смерти?

Ну, хорошо. Делаю паузу, чтобы предостеречь себя-второкурсника от излишнего энтузиазма. Тем не менее тот восторг, что я тогда почувствовал, оказался не просто преходящим наивным интеллектуальным изумлением. Почти четыре десятилетия миновало с тех пор, а эти темы, нередко бурлившие потихоньку где-то на заднем плане сознания, неизменно остаются со мной. Если моя повседневная работа была связана с разработкой объединенных теорий и изучением космических истоков, то в раздумьях о более масштабном значении научных достижений я поймал себя на том, что раз за разом возвращаюсь к вопросам времени и того ограниченного его количества, которое выделено каждому из нас. Сегодня я, по образованию и темпераменту, скептически отношусь к объяснениям на все случаи жизни — физика буквально усыпана неудачными обобщенными теориями фундаментальных природных взаимодействий; это тем более верно, если мы отваживаемся вступить в сложное царство человеческого поведения. В самом деле, я со временем стал считать, что мое осознание собственного неизбежного конца оказывает значительное влияние на все, что я делаю, но не объясняет это все разом и целиком. Такую оценку, мне кажется, в разной степени разделяют многие. И все же есть одна область, в которой щупальца нашей смертности особенно очевидны.

Во всех культурах, во все времена мы придавали большое значение постоянству и долговечности. Можно перечислить множество способов, которыми мы это делаем: одни ищут абсолютную истину, другие жаждут оставить после себя долговечное наследие; одни строят величественные памятники, другие ищут незыблемые законы, а есть и те, кто до сих пор страстно обращаются к той или другой версии бессмертия. Вечность, как ясно демонстрируют все эти занятия, обладает мощным притяжением для разума, сознающего, что срок его материального существования ограничен.

В нашу эпоху ученые, снабженные инструментами для экспериментирования, наблюдения и математического анализа, проложили новый маршрут в будущее, который впервые раскрыл перед нами важные черты окончательного, пусть и очень отдаленного, ландшафта. Эта панорама, хотя и скрытая местами дымкой или туманом, постепенно проясняется настолько, что мы — существа мыслящие — можем более полно, чем когда-либо прежде, понять, как вписываемся в колоссальную протяженность времени.

Именно с этим чувством мы, в данной книге, пройдем вдоль прямой времени, исследуя физические принципы, которые в рамках Вселенной, обреченной на упадок и гибель, порождают упорядоченные структуры — от звезд и галактик до жизни и сознания. Мы рассмотрим аргументы, доказывающие, что, как человеческие существа имеют ограниченный срок жизни, так не вечны и сами феномены жизни и разума во Вселенной. В самом деле, наступит, скорее всего, момент, когда организованная материя любого рода будет невозможна. Мы посмотрим, как существа, способные рефлексировать, борются с напряжением, которое порождает осознание этого. Мы появляемся в результате действия законов, которые, насколько мы можем судить, неподвластны времени, и при этом существуем кратчайший промежуток времени. Нами правят законы, действующие без оглядки на конечный итог, и все же мы постоянно задаемся вопросом о том, куда движемся. Мы сформированы законами, не требующими, судя по всему, рационального обоснования, и все же упорно ищем во всем смысл и цель.

Короче говоря, мы рассмотрим Вселенную от начала времени до чего-то похожего на его конец, а по пути исследуем те захватывающие дух способы, при помощи которых беспокойные и изобретательные умы проливают свет и отзываются на фундаментальную недолговечность всего сущего.

Проводниками в нашей экспедиции будут служить откровения из самых разных научных дисциплин. Используя аналогии и метафоры, я объясню все необходимые идеи обычным, доступным языком, предполагающим лишь самую скромную подготовку со стороны читателя. Для особенно сложных концепций я приведу их краткое содержание, которое позволит нам двинуться дальше, не потеряв нити повествования. В примечаниях я объясню некоторые тонкие моменты подробнее, приведу конкретные математические детали, дам ссылки и рекомендации для дальнейшего чтения.

Поскольку предмет нашего разговора обширен, а число страниц ограничено, я решил двинуться узкой тропкой, останавливаясь на перекрестках, которые считаю принципиально важными для определения нашего места в широкой космологической панораме. Путешествие, движителем которого служит наука, а значимость которому придает человеческая перспектива, станет для нас захватывающим и обогащающим приключением.

1

Притяжение вечности

Начало, конец и все остальное

В назначенный срок все живое умрет. Три с лишним миллиарда лет, пока биологические виды, простые и сложные, искали свое место в земной иерархии, коса смерти отбрасывала свою неизбывную тень на цветение жизни. По мере того как жизнь выбиралась из океанов, шагала по суше и взмывала в небеса, биологическое разнообразие ширилось.

Но стоит подождать достаточно долго — и баланс рождений и смертей, единиц в котором больше, чем звезд в Галактике, сойдется с бесстрастной точностью. Как сложится каждая конкретная жизнь, предсказать невозможно. Конечный итог любой отдельно взятой жизни заранее предрешен.

И все же этот неумолимый конец, неизбежный, как закат солнца, замечаем, кажется, только мы — люди. Разумеется, задолго до нашего появления и оглушительные раскаты грома из грозовых туч, и яростное буйство вулканов, и трепетная дрожь колеблющейся земли заставляли разбегаться в ужасе все, что способно было разбегаться. Но такое бегство — инстинктивная реакция на непосредственную опасность. Жизнь в основном живет настоящим моментом, и страх порождается непосредственным восприятием. Только вы, я и остальные представители рода человеческого способны рефлексировать над отдаленным прошлым, представлять будущее и сознавать, что впереди нас ждет тьма.

Это внушает ужас. Не тот ужас, что заставляет дрожать или прятаться. Скорее предчувствие беды, которое тихо и незаметно живет внутри нас; мы научаемся подавлять его, принимать, отмахиваться от него. Но в глубине, под многими слоями, неизменно присутствует тревожащий факт того, что ждет впереди, — знание, о котором Уильям Джеймс писал, что это «червь в сердцевине всех наших обычных источников радости»[6]. Работать и играть, тосковать и бороться, желать и любить — все это стежок за стежком плотнее и плотнее вплетает нас в общий гобелен жизней, — и все это исчезнет? Если перефразировать Стивена Райта, этого достаточно, чтобы испугать тебя до полусмерти. Дважды.

Конечно, большинство из нас, стремясь сохранить душевное здоровье, не фиксируют свое внимание на конце. Мы ходим по миру, сосредоточившись на суетных делах и тревогах. Мы принимаем неизбежное и направляем нашу энергию на другие вещи. И все же признание того, что наше время конечно, всегда с нами; оно оказывает влияние на выбор, который мы делаем, на вызовы, которые принимаем, на дороги, которыми ходим. Как утверждал специалист по культурной антропологии Эрнест Беккер, мы находимся в состоянии постоянного экзистенциального напряжения; нас влечет к небу сознание, способное подниматься до высот Шекспира, Бетховена и Эйнштейна, но приковывает к земле физическая форма, которой предстоит рассыпаться в прах. «Человек буквально расщеплен надвое: он обладает осознанием собственной великолепной уникальности — возвышается среди природы, подобно величественному горному пику, но при этом возвращается в землю на несколько футов, чтобы слепо и безмолвно сгнить и исчезнуть навсегда»[7]. Согласно Беккеру, именно это осознание вынуждает нас отрицать способность смерти уничтожить нас. Некоторые успокаивают эту экзистенциальную жажду посредством преданности семье, команде, движению, религии, стране — конструктам, которые переживут время, отведенное индивидууму на земле. Другие оставляют после себя плоды творческого самовыражения, артефакты, способные символически продлить присутствие. «Мы летим к Красоте, — сказал Эмерсон[8], — как к убежищу от ужасов конечной природы»[9]. Третьи по-прежнему пытаются преодолеть смерть путем побед и завоеваний, как будто положение в обществе, власть и богатство способны дать им неуязвимость, недоступную простым смертным.

Следствием этих многотысячелетних попыток стала наша увлеченность всем, что — в действительности или только в нашем воображении — имеет отношение к вечности: от пророчеств по поводу посмертия до учений о реинкарнации и молитв перед открытой всем ветрам мандалой. Мы разработали стратегии борьбы с осознанием собственной недолговечности и движения навстречу вечности — часто с надеждой, иногда с безропотным смирением. Замечательная способность науки рассказать понятным языком не только о прошлом, вплоть до Большого взрыва, но и о будущем — новация, привнесенная нашей эпохой. Вполне возможно, что за пределами досягаемости наших уравнений всегда будет лежать сама вечность, но наш анализ уже показал, что Вселенная, которую мы знаем, преходяща. Ничто не вечно — от планет до звезд, от звездных скоплений до галактик, от черных дыр до закрученных туманностей. В самом деле, насколько мы можем судить, конечна не только жизнь каждого отдельного индивидуума, но и жизнь вообще. Планета Земля, которую Карл Саган назвал «пылинкой, подвешенной в солнечном луче», — хрупкий цветок в великолепном космосе, который в конечном итоге станет бесплодной пустыней. Пылинки, близкие или далекие, танцуют в солнечных лучах одно лишь мгновение.

И все же здесь, на Земле, мы отметили свое мгновение поразительными достижениями мысли, творчества и изобретательности, поскольку каждое поколение строило свое на фундаменте достижений тех, кто ушел раньше; мы искали ясность в вопросе о том, как возникло все вокруг, пытались разобраться в том, куда все это движется, и жаждали ответа на вопрос о том, почему все это имеет смысл.

Таков сюжет этой книги.

Истории почти обо всем

Наш биологический вид обожает истории. Мы вглядываемся в реальность, подмечаем закономерности и объединяем их в нарративы — рассказы, способные захватить, научить, поразить, развлечь и взволновать. Множественное число — нарративы — здесь принципиально. В библиотеке человеческой мысли не существует одного-единственного тома, несущего в себе абсолютную мудрость, абсолютное понимание. Вместо этого мы написали множество вложенных друг в друга историй, зондирующих разные области человеческого познания и опыта, историй, которые препарируют закономерности нашей реальности при помощи различных грамматических и словарных средств. Протоны, нейтроны, электроны и другие существующие в природе частицы необходимы для изложения минималистической истории, для анализа структуры реальности, от планет до Пикассо, в терминах их микрофизических составляющих. Без метаболизма, репликации, мутаций и адаптации не обойтись в рассказе о зарождении и развитии жизни, при анализе биохимических механизмов работы замечательных молекул и клеток, которыми они управляют. Нейроны, информация, мысль и осознанность придутся кстати в истории о разуме, а с его развитием множатся и сюжеты — от мифа к религии, от литературы к философии, от живописи к музыке, — все они повествуют о борьбе человечества за выживание, воле к познанию, потребности в самовыражении и поиске смысла.

Всё это — продолжающие развиваться истории, и сложены они мыслителями, подающими голос из самых разных, подчас очень далеких друг от друга дисциплин. Оно и понятно. Сага, простирающаяся от кварков до сознания, — весьма объемная хроника.

К тому же разные истории переплетаются между собой. Роман о Дон Кихоте обращается к человеческой жажде героического, которая раскрывается через образ хрупкого Алонсо Кихано, созданный воображением Мигеля де Сервантеса — живого, дышащего, мыслящего, ощущающего и чувствующего набора костей, тканей и клеток, который в период своей жизни поддерживал органические процессы переработки энергии и выведения отходов, основанные, в свою очередь, на атомных и молекулярных взаимодействиях, отточенных миллиардами лет эволюции на планете, выкованной из обломков взрывов сверхновых, разбросанных по всему царству космоса, зарождающегося из Большого взрыва. Но прочесть о приключениях Дон Кихота — значит получить представление о человеческой природе, которое осталось бы скрытым от нас, если бы заключалось в описании движений молекул и атомов странствующего рыцаря или было передано через подробный разбор нейронных процессов, протекавших в мозге Сервантеса во время написания романа. Хотя процессы эти, безусловно, связаны, разные истории, рассказанные разными языками и сфокусированные на разных уровнях реальности, приносят нам очень разные смыслы.

Возможно, когда-нибудь мы сможем гладко и незаметно переключаться между этими историями, связывая воедино все продукты человеческого разума — реальные и вымышленные, научные и воображаемые. Возможно, когда-нибудь мы прибегнем к единой теории строения микрочастиц, чтобы объяснить ошеломляющий замысел Родена и те бессчетные реакции, которые «Граждане Кале» пробуждают во всех, кто с ними сталкивается. Возможно, мы сумеем до конца понять, как обычный, на первый взгляд, блик света, отразившийся от вращающейся обеденной тарелки, может встряхнуть мощный разум Ричарда Фейнмана и заставить его переписать фундаментальные законы физики. И возможно, — еще более амбициозная мечта — когда-нибудь мы сможем понять механизмы работы сознания и материи настолько полно, что все станет совершенно ясно — от черных дыр до Бетховена, от квантовой странности до Уолта Уитмена. Но и сейчас, не имея ничего даже отдаленно похожего на подобные возможности, можно многое получить, погрузившись в эти истории — научные, творческие, воображаемые, — разобравшись, когда и как они зародились в недрах более ранних историй, разыгранных на космической шкале времени, и отследив те достижения, бесспорные или противоречивые, которые водрузили каждую из них на свое место, достойное ее объяснительной мощи[10].

Во всей коллекции историй мы ясно видим две силы, играющие роль главных героев. В главе 2 мы встретим первую из них — энтропию. Хотя многим из нас энтропия знакома благодаря своей связи с беспорядком и часто цитируемому заявлению, что беспорядок всегда возрастает, на самом деле энтропия обладает тонкими свойствами, которые позволяют физическим системам развиваться самыми разными способами и иногда даже плыть, казалось бы, против энтропийного течения. Важные примеры этого мы увидим в главе 3, в частности, как элементарные частицы после Большого взрыва видимым образом попирают стремление к беспорядку и развиваются в организованные структуры, такие как звезды, галактики и планеты — и в конечном итоге в такие конфигурации материи, на которых происходит всплеск в потоке жизни. Вопрос о том, как включился этот поток, приводит нас ко второй из наших вездесущих сил — к эволюции.

Эволюция является главной движущей силой, стоящей за постепенными трансформациями живых систем, но на самом деле эволюция путем естественного отбора включается задолго до того, как первые формы жизни начинают конкурировать между собой. В главе 4 мы встретим молекулы, которые сражаются с другими молекулами и ведут борьбу за существование на арене неодушевленной материи. Молекулярный дарвинизм, как называют подобные химические сражения, раунд за раундом, — вот что, скорее всего, произвело на свет серию все более устойчивых конфигураций, породивших в конечном итоге те первые молекулярные наборы, в которых мы распознали бы жизнь. Подробности этих процессов — предмет исследований на самом переднем крае науки, но сегодня, после пары десятилетий колоссального прогресса, ученые сходятся во мнении, что мы движемся в верном направлении. Мало того, вполне может быть, что парные силы энтропии и эволюции — гармоничные партнеры на гоночном треке, ведущем к зарождению жизни. Может показаться, что идея такого партнерства звучит странно: в представлении публики энтропия есть прямой путь к хаосу и, кажется, полная противоположность эволюции и жизни, но недавние математические исследования энтропии подсказывают, что жизнь или, по крайней мере, жизнеподобные качества могут оказаться ожидаемым продуктом любого долгоживущего источника энергии, такого как Солнце, неустанно изливающего тепло и свет на молекулярные ингредиенты, которые конкурируют за ограниченные ресурсы, доступные на планете вроде Земли.

Хотя некоторые из этих идей на данный момент под вопросом, определенно известно, что на Земле через миллиард лет или около того после ее образования уже кишела жизнь, развивавшаяся под эволюционным давлением, так что следующая фаза развития — стандартная область действия теории Дарвина. Случайные события, такие как удар космической частицы или молекулярное нарушение в ходе репликации ДНК, приводят к мутациям. Какие-то из них практически не влияют на здоровье и благополучие организма, зато другие увеличивают или уменьшают его приспособленность к конкурентной борьбе за выживание. Те мутации, что повышают конкурентоспособность, с большей вероятностью передаются потомству, поскольку весь смысл «конкурентоспособности» заключается в том, что носитель некоторого признака с большей вероятностью доживет до репродуктивной зрелости и произведет на свет жизнеспособное потомство. Таким образом от поколения к поколению признаки, повышающие приспособленность, распространяются все шире и шире.

Миллиарды лет спустя, по мере того как этот долгий процесс продолжает разворачиваться, какой-то конкретный набор мутаций порождает формы жизни с повышенной способностью к познанию. Жизнь не просто осознает, но и осознает, что осознала себя. То есть некая жизнь обретает осознанное самосознание. Такие существа, способные к рефлексии, естественно, начинают испытывать интерес к тому, что такое сознание и как оно возникло: как может вихрь неразумной материи мыслить и чувствовать? Многие исследователи предвкушают механистическое объяснение, мы поговорим об этом в главе 5. Они считают, что нам необходимо понять мозг — составляющие его компоненты, его функции и связи — гораздо глубже и точнее, чем мы делаем это сейчас, а как только такие знания появятся, объяснение сознания придет само собой. Другие предполагают, что перед нами стоит куда более сложная задача, и считают, что сознание — самая запутанная головоломка из всех, какие мы встречали, и что для ее решения потребуются принципиально новые взгляды не только на сознание, но и на саму природу реальности.

Мнения становятся единодушнее, когда речь заходит об оценке влияния, которое наша когнитивная сложность оказала на поведенческий репертуар. За десятки тысяч поколений эпохи плейстоцена наши предки объединились в группы, существовавшие за счет охоты и собирательства. Со временем зарождающиеся ментальные умения обеспечили их повышенные способности к планированию, организации, коммуникации, обучению, оценке, обсуждению и решению задач. Используя повышенные возможности индивидуума как рычаг, эти группы обнаруживали в себе все более мощные общественные силы. Данный тезис ведет к следующей коллекции объяснительных эпизодов — тех, что сосредоточены на изменениях, сделавших нас такими, какие мы есть. В главе 6 поговорим об обретении языка и сформировавшейся позже одержимости пересказыванием историй; глава 7 поможет нам прозондировать один из жанров историй — тех, что служили прообразами религиозных традиций и переходными формами к ним; а в главе 8 рассмотрим давнее и широко распространенное стремление к творческому самовыражению.

Занимаясь поисками источника этих изменений, как обычных, так и сакральных, исследователи предложили огромное множество объяснений. Важнейшей путеводной звездой нам по-прежнему будет служить теория эволюции Дарвина, только теперь уже в применении к человеческому поведению. В конце концов, мозг всего лишь еще одна биологическая структура, эволюционирующая под действием селекционного давления, и именно мозг информирует нас о том, что делать и как отзываться на воздействие. За последние несколько десятилетий ученые-когнитивисты и эволюционные психологи разработали представление о том, что действием дарвиновского отбора сформировано не только наше тело, но и поведение. Таким образом, в нашей экскурсии по человеческой культуре мы часто будем задаваться вопросом, могло ли то или иное поведение повысить шансы на выживание и продолжение рода среди тех, кто в давние времена практиковал его, — и, соответственно, способствовать широкому распространению этого поведения среди многих поколений потомков. Однако, в отличие от противолежащего большого пальца или прямохождения — наследуемых физиологических особенностей, тесно связанных с конкретными типами адаптационного поведения, многие наследуемые характеристики мозга порождают лишь предрасположенности, а не конкретные действия. Мы подвержены влиянию этих предрасположенностей, но человеческая деятельность рождается в соединении поведенческих тенденций и нашего сложного, склонного к размышлениям, рефлексирующего разума.

Таким образом, другой наш маяк — несхожий с первым, но не менее важный — будет ориентирован на внутреннюю жизнь, которая идет рука об руку с нашими утонченными когнитивными способностями. Следуя путем, отмеченным многими мыслителями, мы придем к поучительному выводу: обретя способность к познанию, мы обуздали могущественную силу, которая со временем подняла нас до роли доминирующего на Земле биологического вида. Но ментальные функции, позволяющие конструировать, творить и выдумывать, — это те же функции, что компенсируют нашу ограниченность, которая в противном случае удерживала бы внимание исключительно на настоящем моменте. Способность вдумчиво манипулировать окружающей средой обеспечивает способность смещать точку зрения, подниматься над линией времени, обдумывать то, что было, и представлять, что будет. Однако, как бы нам ни хотелось, чтобы было иначе, достигнуть уровня «Я мыслю, следовательно, я существую» означает столкнуться на полном ходу с напоминанием «Я существую, следовательно, я умру».

Осознание этого факта, мягко говоря, смущает. И все же большинство из нас способны с ним справиться. И наше выживание как вида наглядно свидетельствует о том, что вся наша братия тоже была на это способна. Но как мы это делаем?[11] Если следовать одному из направлений мыслей, мы раз за разом пересказываем истории, в которых наше место в огромной Вселенной переносится на центральную сцену, а возможность полного исчезновения ставится под сомнение или игнорируется — или речь о ней попросту не заходит. Мы работаем в области живописи, скульптуры, движения и музыки и в своих произведениях получаем контроль над творением и наделяем себя могуществом, позволяющим одержать верх над всем, что имеет конец. Мы придумываем героев, от Геракла до сэра Гавейна и Гермионы, которые смотрят смерти в глаза со стальной решимостью и демонстрируют, хотя и фантастически, что мы в состоянии выиграть этот бой. Мы развиваем науку, учимся проникать в механизмы реальности, а затем трансформируем свои знания в возможности, которые более ранним поколениям показались бы достойными богов. Короче говоря, мы способны вкушать мед познания — проявлять гибкость мысли, которая, помимо многого другого, раскрывает перед нами экзистенциальные затруднения, — причем с удовольствием. Благодаря творческим способностям, мы окружили себя мощной защитой от того, что в противном случае внушало бы нам изнурительное беспокойство.

Тем не менее поскольку устремления не оставляют после себя окаменелостей, отслеживание истоков человеческого поведения может оказаться весьма затруднительным мероприятием. Возможно, наши творческие вылазки, от быков пещеры Ласко и до уравнений общей теории относительности, порождаются возникшей в результате естественного отбора, но слишком активной способностью мозга распознавать и разумным образом организовывать паттерны. Возможно, эти и родственные им занятия представляют собой утонченные, но адаптивно избыточные побочные продукты наличия достаточно большого мозга, освобожденного притом от необходимости тратить все время на создание убежища и добычу еды. Мы еще поговорим о том, что имеется множество теорий, но неопровержимые выводы от нас ускользают. Несомненно одно: мы воображаем, создаем и воспринимаем произведения, от пирамид до Девятой симфонии и квантовой механики, представляющие собой памятники человеческой изобретательности, долговечность которых, если не их содержание, стремится к бесконечности.

После этого, рассмотрев космическое происхождение, исследовав образование атомов, звезд и планет и оглядев бегло возникновение жизни, сознания и культуры, мы обратим свой взгляд на то самое царство, которое на протяжении тысячелетий — буквально и символически — одновременно разжигало и гасило наш космический страх. То есть мы заглянем отсюда в вечность.

Информация, сознание и вечность

Вечность наступит не скоро. На пути к ней многое еще произойдет. Восторженные футурологи и голливудские научно-фантастические зрелища помогают представить, как будут выглядеть жизнь и цивилизация через промежутки времени, которые хотя и значимы по человеческим стандартам, но бледнеют в сравнении с космическими масштабами времени. Экстраполировать будущее по короткому промежутку экспоненциального развития технологий — увлекательное занятие, но подобные предсказания, скорее всего, сильно разойдутся с тем, как на самом деле будут разворачиваться события. И это на относительно близких и осязаемых промежутках времени в десятки, сотни и тысячи лет. В космических масштабах времени предсказывать подробности такого рода — напрасный труд. К счастью, в большинстве тем, которые мы разберем, у нас будет более прочная основа для предсказаний. Мое намерение — изобразить будущее Вселенной яркими красками, но в самых общих чертах. На таком уровне мы сможем описать возможные варианты с разумной степенью уверенности.

Важно признать, что оставить свой след в будущем, лишенном обитателей, которые могли бы этот след заметить, — слабое утешение. Будущее, которое мы склонны представлять хотя бы косвенно, населено всевозможными вещами, которые нам небезразличны. Эволюция наверняка заставит жизнь и разум принять огромное множество форм, образовавшихся на разных платформах: биологической, вычислительной, гибридной — и кто знает, на каких еще. Но вне зависимости от непредсказуемых подробностей физической конструкции и природного контекста большинство из нас уверены в глубине души, что в очень отдаленном будущем жизнь того или иного сорта (и обязательно — разумная) будет существовать и, мало того, будет мыслить.

И это поднимает вопрос, который будет сопровождать нас на протяжении всего пути: может ли осознанная мысль существовать бесконечно? Или, может быть, мыслящее сознание, как тасманийский тигр или белоклювый королевский дятел, окажется неким высшим достижением, которое возникает на какое-то время, а затем исчезает? Я не имею в виду чье-то индивидуальное сознание, так что вопрос не относится к желаемым технологиям будущего — криогенной, цифровой, какой угодно еще, — способным сохранить конкретное сознание. Нет, я задаю вопрос: может ли феномен мысли, поддерживаемой человеческим мозгом, разумным компьютером, запутанными частицами, плавающими в пустоте, или любым другим физическим процессом, который окажется для этого пригодным, существовать в будущем сколь угодно долго?

Казалось бы, почему нет? Давайте подумаем о человеческом воплощении мысли. Возникло оно благодаря удачному сочетанию природных условий, и этим же объясняется, почему, к примеру, наше мышление происходит здесь, а не на Меркурии или комете Галлея. Мы мыслим здесь, потому что местные условия гостеприимны по отношению к жизни и мысли, и именно поэтому опасные изменения климата Земли вызывают большую тревогу. Гораздо менее очевидно, что существует и космическая версия подобной вполне логичной, хотя и местечковой, тревоги. Если рассматривать мысль как физический процесс (предположение, о котором мы поговорим подробнее), то неудивительно, что мышление может иметь место только при соблюдении определенных, достаточно жестких природных условий — происходит ли дело здесь и сейчас, на Земле, или где-нибудь в другом месте, там и тогда. Таким образом, рассматривая в общих чертах эволюцию Вселенной, мы определим, смогут ли эволюционирующие условия среды по всему пространству и времени бесконечно поддерживать разумную жизнь.

Наша оценка будет основываться на данных исследований в области физики элементарных частиц, астрофизики и космологии, позволяющих предсказать, как станет разворачиваться Вселенная в будущие эпохи, по сравнению с которыми время, прошедшее с момента Большого взрыва, покажется незначительным. Разумеется, в этом вопросе имеются большие неопределенности, и я, подобно другим ученым, живу в ожидании того, что природа, возможно, осадит наше самомнение и преподнесет сюрпризы, о характере которых мы пока даже не догадываемся. Но если сосредоточиться на том, что нам удалось измерить, пронаблюдать и рассчитать, то результаты поисков, изложенные в главах 9 и 10, не радуют. Планеты, звезды, звездные скопления, галактики и даже черные дыры преходящи. Конец каждого объекта обусловлен его собственной конкретной комбинацией физических процессов, охватывающих все, от квантовой механики до общей теории относительности, и в конечном итоге выдающих облако частиц, дрейфующих в холодном и спокойном космосе.

Как будет осознанная мысль чувствовать себя во Вселенной, переживающей подобную трансформацию? Язык, на котором можно задать этот вопрос и получить на него ответ, дает нам опять же энтропия. Следуя энтропии, мы встречаем более чем реальную возможность того, что сам акт мышления, предпринятый где угодно сущностью любого сорта, будет подавлен неизбежным накоплением природных отходов: в отдаленном будущем все, что способно думать, возможно, сгорит в тепле, порожденном собственными мыслями. Когда-нибудь сама мысль может стать физически невозможной.

Хотя аргументы против бесконечной мысли будут основаны на умеренном наборе предположений, мы рассмотрим и альтернативные случаи — возможные варианты будущего, более благоприятные для жизни и мышления. Но самое буквальное прочтение известных нам данных указывает на то, что жизнь, и разумная жизнь в частности, эфемерна. Тот интервал на космической шкале времени, на протяжении которого условия позволяют существование рефлексирующих существ, может оказаться чрезвычайно узким. При беглом взгляде на всю шкалу вы, вполне возможно, просто не заметите жизнь. Набоков описал человеческую жизнь как «щель слабого света между двумя вечностями тьмы»[12], и это можно отнести к явлению жизни в целом.

Мы оплакиваем мимолетность собственного существования и утешаемся символической трансцендентностью — достоянием всех, кто в принципе принял участие в путешествии. Вас и меня там не будет, но другие будут, и то, что мы с вами делаем, что мы создаем и что оставляем после себя, влияет на то, что будет, и на то, как будет жить будущая жизнь. Но во Вселенной, которая в конечном итоге полностью лишится и жизни, и сознания, даже символическое достояние — шепот, адресованный нашим далеким потомкам, — исчезнет в пустоте.

В каком же положении мы тогда окажемся?

Размышления о будущем

Мы склонны воспринимать новую информацию о Вселенной разумом. Например, узнаём какой-то новый факт о времени, теориях объединения или черных дырах. Он на мгновение задевает разум и, если оказывается достаточно интересным, запоминается. Абстрактная природа науки часто приводит к тому, что мы долго размышляем над ее содержанием, и лишь затем, и то далеко не каждый раз, это понимание получает шанс затронуть нас внутренне. Но в тех случаях, когда науке все же удается затронуть и разум, и эмоции, результат может оказаться сильным.

Конкретный случай. Несколько лет назад, когда я только начинал думать о научных предсказаниях, касающихся далекого будущего Вселенной, мой опыт был в основном умозрительным. Я впитывал полезную информацию как увлекательный, но абстрактный набор озарений, порожденных математикой природных законов. Тем не менее я обнаружил, что если заставить себя на самом деле представить, что вся жизнь, вся мысль, вся борьба и все достижения суть всего лишь мимолетная аберрация на безжизненной в остальном космической шкале времени, то информация начинает восприниматься иначе. Я смог ее почувствовать. Ощутить. И я не стыжусь признаться, что первые несколько раз, когда я предпринял это путешествие, оно вышло мрачным. За десятки лет учебы и научных исследований мне часто случалось испытывать моменты восторга и изумления, но никогда прежде результаты в математике и физике не погружали меня в пустоту ужаса.

Со временем моя эмоциональная вовлеченность в эти идеи стала более утонченной. Теперь в большинстве случаев рассмотрение далекого будущего рождает во мне чувство покоя и сродства, как будто моя собственная личность почти не имеет значения, потому что ее полностью поглотило то, что я могу описать лишь как благодарность за пережитый опыт. Поскольку вы, более чем вероятно, не знакомы со мной лично, позвольте мне немного расширить контекст. Я открыт новому, но придаю большое значение точности. Я происхожу из мира, в котором утверждения доказывают при помощи уравнений и воспроизводимых данных, мира, в котором правильность определяется строгими расчетами, предсказания которых подтверждаются данными экспериментов цифра в цифру, иногда до двенадцатого знака после запятой. Так что когда я в первый раз испытал один из этих моментов спокойного сродства — я был тогда в кафе Starbucks в Нью-Йорке, — то отнесся к своим ощущениям с глубоким подозрением: может быть, в мой чай с бергамотом налили испорченное соевое молоко. Или, может быть, я просто схожу с ума.

Трезво поразмыслив, я понял, что дело не в том и не в другом. Мы — продукт длинного ряда поколений, гасивших свой экзистенциальный дискомфорт образами остающихся после нас следов. И чем долговечнее след, чем неизгладимее отпечаток, тем больше конкретная жизнь представляется имеющей смысл и значение. Говоря словами философа Роберта Нозика, которые с тем же успехом могли бы исходить и от Джорджа Бейли, «смерть стирает тебя… быть стертым полностью, вместе со следами и всем остальным, в целом означает разрушение смысла жизни конкретного человека»[13]. Особенно у таких, как я, не имеющих традиционной религиозной ориентации, акцент на стремлении не быть «стертым», неотступная сосредоточенность на долговечности пронизывают все — воспитание, образование, карьеру и опыт. На каждом из этих этапов я двигался вперед, не теряя из виду долговременной цели, и мечтал сделать что-нибудь такое, что останется надолго. Нет никакой загадки в том, что в моих профессиональных занятиях преобладает математический анализ пространства, времени и законов природы; трудно представить себе другую дисциплину, в которой каждодневные мысли были бы чаще сосредоточены на вопросах, выходящих далеко за пределы текущего момента. Но само научное открытие показывает эту перспективу в ином свете. Скорее всего, жизнь и мысль населяют небольшой оазис на космической шкале времени. Вселенная, хотя и управляется элегантными математическими законами и разрешает всевозможные чудесные физические процессы, становится домом для жизни и разума лишь временно. Если вы осмыслите это до конца, живо представите себе будущее, лишенное звезд, планет и мыслящих объектов, ваше отношение к нашей эпохе, возможно, приблизится к благоговению.

Именно это чувство я испытал тогда в кафе. Спокойствие и чувство единения отмечали сдвиг от попытки ухватиться за отступающее будущее к ощущению, что я живу в захватывающем дух, хотя и преходящем, настоящем. К этому меня побудил космологический аналог того руководящего влияния, которое во все века оказывали поэты и философы, писатели и художники, духовные наставники и учителя осознанности, а также бесчисленное количество других людей, сообщающих нам простую, но удивительно тонкую истину, что жизнь происходит здесь и сейчас. Такое умонастроение тяжело поддерживать, но именно на нем основано мышление очень многих. Мы находим это в стихах Эмили Дикинсон («Вечность из многих "сейчас" состоит»[14]) и у Дэвида Торо, писавшего про «вечность в каждом мгновении»[15]. Я обнаружил, что эта точка зрения становится еще более осязаемой, когда мы погружаемся во время во всей его полноте — от начала до конца; такой космологический фон придает ни с чем не сравнимую четкость представлению о том, насколько уникально и мимолетно на самом деле «здесь и сейчас».

Задача книги — дать читателю эту четкость. Мы совершим путешествие вдоль всей шкалы времени, от нашего наиболее продвинутого представления о начале и до самого конца, к которому подойдем настолько близко, насколько позволит современная наука.

Мы посмотрим, как жизнь и разум зарождаются из первоначального хаоса, и подумаем о том, на что способно множество любопытных, страстных, беспокойных, рефлексирующих, изобретательных и скептических умов, особенно когда они осознают собственную смертность. Мы разберем подъем религии, тягу к творческому самовыражению, поступательное развитие науки, поиск истины и жажду вечного. Затем глубоко укоренившееся влечение к постоянству, которое Франц Кафка назвал потребностью в «чем-то нерушимом»[16], подтолкнет нас дальше в будущее, позволив оценить перспективы всего, что нам дорого, всего, что образует реальность — такую, какой мы ее знаем, от планет и звезд, галактик и черных дыр до жизни и разума.

И через все это нам будет сиять свойственный человеку дух поиска. Мы — амбициозные исследователи, стремящиеся охватить разумом всю огромную реальность. Столетия усилий осветили для нас темные ландшафты материи, разума и космоса. На протяжении грядущих тысячелетий освещенные сферы будут становиться все больше и ярче.

Пройденный путь уже ясно показал, что реальность управляется математическими законами, безразличными к правилам поведения, стандартам красоты, потребности в общении, устремленности к знаниям и поискам предназначения. И все же посредством языка и истории, искусства и мифа, религии и науки мы сумели обуздать наш крохотный кусочек бесстрастного, неумолимого, механического развертывания космоса и дать слово нашей вездесущей жажде порядка, ценности и смысла. Это восхитительный, но преходящий вклад. Как покажет наша прогулка вдоль шкалы времени, жизнь, скорее всего, преходящее явление и все знание, полученное с ее появлением, почти наверняка исчезнет с ее завершением. Ничто не вечно. Ничто не абсолютно. Поэтому в поиске ценности и цели единственные актуальные озарения, единственные значимые ответы — те, что получаем мы сами. В конечном итоге перед нами — в краткий миг нашего существования — стоит благородная задача поиска нашего собственного смысла.

Отправимся же в путь.

2

Язык времени

Прошлое, будущее и перемены

Вечером 28 января 1948 г. после исполнения Квартета Шуберта ля минор и перед презентацией английских народных песен Би-би-си передала дискуссию между одним из мощнейших интеллектуалов XX в. Бертраном Расселом и священником-иезуитом Фредериком Коплстоном[17]. Тема дискуссии? Существование Бога. Рассел, новаторские труды которого по философии и гуманитарным принципам принесли ему немного позже, в 1950 г., Нобелевскую премию по литературе, а крамольные политические и социальные взгляды стали поводом для увольнения из Кембриджского университета и Городского колледжа Нью-Йорка, привел множество аргументов, позволявших если не отвергнуть существование Творца, то, по крайней мере, усомниться в нем.

Одно из рассуждений, приведенных Расселом в защиту своей позиции, имеет непосредственное отношение к нашим изысканиям. «По данным науки, — отметил Рассел, — Вселенная медленно приползла к весьма жалким результатам на этой земле и собирается плестись дальше к еще более жалким ступеням развития, вплоть до состояния всеобщей смерти». Обрисовав столь невесело ситуацию, Рассел заключил: «Если это и следует считать свидетельством цели, то могу сказать, что она мне не очень нравится. Поэтому я не вижу оснований верить в какого-либо Бога»[18]. Теологическая нить повествования будет прослежена нами в следующих главах. Здесь же я хочу сосредоточить внимание на упомянутых Расселом научных свидетельствах «всеобщей смерти». Речь идет об одном открытии XIX в. с корнями настолько же скромными, насколько глубоки следующие из него выводы.

К середине XIX в. промышленная революция шла полным ходом, и на многочисленных фабриках и заводах паровая машина давно уже стала рабочей лошадкой и главной движущей силой производства. Тем не менее даже с учетом критически важного рывка с переходом от ручного труда к механическому, эффективность паровой машины — полезная работа в сравнении с количеством потребленного топлива — оставалась мизерной. Примерно 95 % тепла, выработанного горящим деревом или углем, пропадало впустую, уходило в окружающую среду. Это подтолкнуло некоторых ученых глубоко задуматься над физическими принципами, управляющими работой паровой машины, и поискать способы сжигать меньше, а получать больше. Несколько десятков лет исследований привели в конечном итоге к каноническому результату, получившему заслуженную известность: ко второму началу термодинамики.

В весьма и весьма упрощенном изложении закон этот гласит, что производство отходов неизбежно. Несмотря на то что катализатором исследований послужила паровая машина, второе начало термодинамики имеет универсальное применение, что делает его жизненно важным. Второе начало описывает фундаментальную характеристику, изначально присущую любой материи и энергии, независимо от структуры и формы, одушевленности или неодушевленности, а именно утверждается (опять же, в примерном изложении), что все во Вселенной имеет ошеломляющую тенденцию разрушаться, деградировать, увядать.

Даже по такой простой формулировке можно понять, из чего исходил Рассел. В будущем, судя по всему, нас ждет непрерывное разрушение, неумолимое превращение производительной энергии в бесполезное тепло, постоянная утечка энергии — если можно так сказать — из батареек, питающих реальность. Но более точное осмысление науки позволяет понять, что подобная формулировка перспектив заслоняет собой насыщенный и полный нюансов процесс развития, который начался с Большого взрыва и будет протекать еще долго в будущем. Этот процесс помогает объяснить наше место на космической шкале времени, понять, как на фоне деградации и распада могут возникать красота и порядок; он же предлагает потенциальные способы, хотя и весьма экзотичные, обойти тот грустный конец, что видел перед собой Рассел. А поскольку именно эта наука, рассматривающая такие концепции, как энтропия, информация и энергия, будет вести нас вперед большую часть маршрута, имеет смысл потратить немного времени, чтобы лучше ее понять.

Паровая машина

Конечно, мне не придет в голову предположить, что смысл жизни прячется где-то в жарких глубинах шумной паровой машины. Но понимание способности паровой машины впитывать в себя жар горящего топлива и использовать его для приведения в циклическое движение колес локомотива или лопаток шахтного насоса оказывается необходимым для понимания того, как энергия — любого сорта и в любых обстоятельствах — эволюционирует во времени. А то, как эволюционирует энергия, оказывает глубокое влияние на будущее материи, разума и любых структур во Вселенной. Так что давайте спустимся с горних высот жизни и смерти, цели и смысла к непрестанному грохоту и пыхтению паровой машины XVIII в.

Научная основа паровой машины проста, но оригинальна: испаренная вода (пар) расширяется при нагревании и тем самым порождает давление. Паровая машина задействует этот эффект. Она нагревает емкость, наполненную паром и закрытую сверху плотно прилегающим поршнем, который может свободно скользить вверх и вниз по ее внутренней поверхности. Когда нагретый пар расширяется, он с силой выталкивает поршень, и направленное вовне усилие может быть использовано для вращения колеса, привода мельницы или ткацкого станка. Затем пар, растративший энергию на это усилие, остывает и поршень соскальзывает вниз в начальное положение, где и остается в готовности снова быть вытолкнутым вверх, когда пар вновь нагреется; этот цикл будет повторяться до тех пор, пока горит топливо, нагревающее емкость с паром[19].

История фиксирует ключевую роль, которую паровая машина сыграла в промышленной революции, однако вопросы, которые она поставила перед фундаментальной наукой, имели не меньшее значение. Можем ли мы разобраться в паровой машине с математической точностью? Существует ли предел эффективности, с которой она способна преобразовывать тепло в полезное действие? Имеются ли в базовых процессах, протекающих в паровой машине, аспекты, не зависящие от деталей механической конструкции и используемых материалов и относящиеся, таким образом, к универсальным физическим принципам?

Ломая голову над этими вопросами, французский физик и военный инженер Сади Карно положил начало новому направлению науки — термодинамике, изучающей теплоту, энергию и работу. По продажам трактата Карно «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу»[20] издания 1824 г., впрочем, об этом никак невозможно было догадаться. И хотя идеи Карно были восприняты далеко не сразу, на протяжении следующего столетия им суждено было вдохновить ученых на создание принципиально нового взгляда на физику.

Статистический взгляд

Традиционный научный взгляд, сформулированный в математическом виде Исааком Ньютоном, состоит в том, что физические законы выдают точные и недвусмысленные предсказания касательно движения вещей. Назовите мне пространственное положение и скорость объекта в конкретный момент, перечислите действующие на него силы — а остальное сделают Ньютоновы уравнения, предсказывающие траекторию объекта в дальнейшем. Будь то Луна, удерживаемая тяготением Земли, или бейсбольный мяч, который вы только что отправили в полет, предсказания эти, что подтверждается наблюдениями, совершенно точны и сходятся точка в точку.

Но в этом-то все и дело. Если взять школьную физику, то в ней — как вы, возможно, вспомните — при анализе траекторий макроскопических объектов мы обычно, даже не оговаривая этого, принимаем огромное множество упрощений. Для Луны и бейсбольного мяча мы забываем об их внутреннем строении и считаем, что то и другое представляет собой точечную массивную частицу. Это довольно грубое приближение. Даже крупинка соли содержит в себе около миллиарда миллиардов молекул, а ведь это всего лишь крупинка соли. Тем не менее когда Луна обращается по орбите вокруг Земли, нам, как правило, нет дела до беспорядочного движения той или иной молекулы, обитающей в пыльном Море Спокойствия. Когда бейсбольный мяч несется к цели, нам нет дела до колебаний той или иной молекулы в его пробковой сердцевине. Нас интересует только общее движение Луны или мяча. А для этого достаточно применить законы Ньютона к этим упрощенным моделям — и дело в шляпе[21].

Эти успехи лишь подчеркивают проблему, с которой столкнулись физики XIX в., занимавшиеся паровыми машинами. Горячий пар, выталкивающий поршень двигателя, состоит из громадного количества молекул воды, там может быть триллион триллионов частиц. Мы не можем игнорировать эту внутреннюю структуру, как при анализе движения Луны или бейсбольного мяча. Именно движение этих частиц — то, как они сталкиваются с поверхностью поршня, отскакивают от нее, сталкиваются со стенками цилиндра и вновь потоком устремляются к поршню, — лежит в основе работы двигателя. Проблема в том, что никто и нигде, каким бы гениальным он ни был и какие бы мощные компьютеры ни использовал, ни при каких обстоятельствах не сможет рассчитать все индивидуальные траектории, по которым движется такое громадное множество молекул воды.

Что же, тупик?

Можно счесть и так. Но оказывается, нас может спасти смена точки зрения. Большие совокупности иногда открывают возможности для значительных упрощений. Наверняка сложно и даже невозможно точно предсказать, когда вы в следующий раз чихнете. Однако если расширить наш взгляд до более крупного множества всех людей на Земле, то мы сможем предсказать, что в следующую секунду во всем мире раздастся приблизительно 80 000 чиханий[22]. Суть в том, что при переходе на статистический взгляд численность населения Земли становится ключом — а не препятствием — для прогностической силы. Большие группы часто демонстрируют статистические закономерности, отсутствующие на уровне отдельных объектов.

Аналогичный подход к большим группам атомов и молекул применили Джеймс Клерк Максвелл, Рудольф Клаузиус, Людвиг Больцман и многие другие их коллеги. Ученые выступили за то, чтобы отбросить подробное рассмотрение индивидуальных траекторий в пользу статистических утверждений, описывающих среднее поведение больших наборов частиц. Они показали, что такой подход не только упрощает математические вычисления, но и позволяет количественно определить как раз самые важные физические характеристики.

Давление, оказываемое на поршень паровой машины, к примеру, едва ли зависит от точной траектории движения той или иной отдельной молекулы воды. Напротив, давление это возникает в результате среднего движения триллионов и триллионов молекул, ежесекундно врезающихся в поверхность поршня. Именно это важно — и именно статистический подход позволил ученым сделать вычисления.

В нашу эпоху опросов общественного мнения, популяционной генетики и больших данных вообще сдвиг в сторону работы со статистикой, возможно, покажется не слишком радикальным. Мы уже привыкли к мощи статистических выводов, сделанных на основании изучения больших групп. Но в XIX в. и начале XX в. статистические рассуждения были отступлением от жесткой точности, определявшей до этого физику. Не забывайте также, что вплоть до начала XX в. можно было найти вполне уважаемых ученых, которые отрицали существование атомов и молекул — фундамента статистического подхода.

Несмотря на отрицателей, статистическому подходу не потребовалось много времени, чтобы доказать свою полезность. В 1905 г. сам Эйнштейн количественно объяснил беспорядочное, дерганое движение зерен пыльцы в стакане с водой как результат непрерывной бомбардировки их молекулами H_2O. После этого успеха нужно было быть законченным чудаком, чтобы сомневаться в существовании молекул. Более того, растущий объем теоретических и экспериментальных исследований показывал, что выводы, сделанные на основании статистического анализа больших наборов частиц — описаний того, как они летают по емкостям, наталкиваясь на стенки и оказывая таким образом давление на ту или иную поверхность, или приобретают такую-то плотность, или остывают до определенной температуры, — соответствовали экспериментальным данным с такой точностью, что не оставалось никакой возможности усомниться в объяснительной силе этого подхода. Так родился статистический подход к тепловым процессам.

Все это стало великим триумфом и позволило физикам понять работу не только паровой машины, но и широкого спектра тепловых систем — от атмосферы Земли до солнечной короны и огромного множества частиц, кишащих внутри нейтронной звезды. Но какое отношение это имеет к представлению Рассела о будущем, к его прогнозу о том, что Вселенная медленно движется навстречу смерти? Хороший вопрос. Держитесь, мы уже на подходе, но нужно сделать еще пару шагов. Следующий состоит в том, чтобы, опираясь на все эти открытия, пролить свет на главное качество будущего: оно принципиально отличается от прошлого.

Отсюда туда

Разница между прошлым и будущим — основа и одновременно поворотный пункт человеческого опыта. Родились мы в прошлом. Умрем в будущем. В промежутке мы становимся свидетелями бесчисленных происшествий, разворачивающихся через последовательность событий, которые, если рассмотреть их в обратном порядке, покажутся абсурдными. Ван Гог написал «Звездную ночь», но не смог бы потом снять лежащие завитками краски обратными движениями кисти, восстановив холст в его девственной чистоте. «Титаник» проехался бортом по айсбергу, вскрыв корпус, и потом уже не мог дать двигателями задний ход, вернуться по той же траектории — и сделать корпус вновь целым. Каждый из нас вырастает и стареет, и невозможно заставить стрелки наших внутренних часов двигаться вспять — невозможно вернуть юность.

Необратимость — центральное свойство всякого развития, и можно было бы подумать, что мы с легкостью определим его математические истоки в рамках законов физики. Несомненно, мы должны были бы иметь возможность указать на что-то конкретное в уравнениях — то, что гарантирует, что хотя все вокруг может изменяться отсюда туда, математика запрещает изменениям протекать оттуда сюда. Но на протяжении сотен лет все уравнения, полученные нами, не в состоянии были это подтвердить. Наоборот, по мере того как законы физики непрерывно уточнялись и дорабатывались, проходя через руки Ньютона (классическая механика), Максвелла (электромагнетизм), Эйнштейна (релятивистская физика) и десятков ученых, ответственных за квантовую физику, одна черта оставалась неизменной: законы упрямо сохраняли полную нечувствительность к тому, что мы, люди, называем будущим и что мы называем прошлым. При заданном состоянии мира математические уравнения описывают развертывание событий в направлении будущего или в направлении прошлого совершенно одинаково. Для нас эта разница важна, да еще как, но законы не обращают на нее внимания и придают ей значение не больше, чем тому обстоятельству, отсчитывают ли часы на стадионе время, прошедшее от начала матча, или время, оставшееся до его конца. И это означает, что если законы допускают какую-то конкретную цепочку событий, то эти же законы обязательно допускают также и обратную ей последовательность[23].

В студенческие годы, когда я впервые узнал об этом, данный факт поразил меня и показался лишь чуть-чуть не дотягивающим до нелепости. В реальном мире мы не видим, чтобы олимпийские прыгуны в воду вылетали из бассейна ногами вперед и спокойно приземлялись на трамплине. Мы не видим, чтобы осколки цветного стекла подскакивали бы с пола и вновь собирались в лампу в стиле Тиффани. Отрывки из фильмов, пущенные задом наперед, так забавляют нас именно потому, что происходящее при этом на экране принципиально отличается от того, что мы встречаем в действительности. И все же, если верить математике, события, происходящие в перевернутых видеоклипах, полностью соответствуют законам физики.

Почему же тогда мы получаем такой односторонний опыт? Почему мы всегда видим, как события разворачиваются в одном временном направлении и никогда — в другом? Ключевая часть ответа на эти вопросы заключается в понятии энтропии — концепции, которая принципиально важна для нашего понимания космического хода вещей.

Энтропия: первый заход

Энтропия относится к самым неоднозначным концепциям фундаментальной физики, но этот факт нисколько не снижает культурную потребность в использовании этого слова при описании повседневных ситуаций, которые развивались от порядка к хаосу или, проще говоря, от хорошего к плохому. Для разговорного языка это нормально; временами я и сам поминаю энтропию в подобных ситуациях. Но, поскольку научная концепция энтропии должна служить проводником в нашем путешествии — и она же лежит в основе мрачного представления Рассела о будущем, — давайте познакомимся с более точным смыслом этого понятия.

Начнем с аналогии. Представьте, что вы энергично трясете мешочек с сотней монет, а затем высыпаете их на обеденный стол. Если бы при этом вы обнаружили, что все монеты выпали орлом, то наверняка удивились бы. Но почему? Это кажется очевидным, но на самом деле тут полезно как следует подумать. Отсутствие на столе даже одной-единственной решки означает, что каждая из сотни монет, случайным образом переворачиваясь в воздухе, отскакивая и сталкиваясь с другими монетами, должна была лечь на стол орлом кверху. Все без исключения. Это круто. Получение такого уникального результата — трудная задача. Сравните: если мы рассмотрим хотя бы чуть иной результат — скажем, на столе одна решка (а остальные 99 монет по-прежнему лежат орлом), то для получения такой ситуации существует 100 разных способов: этой единственной решкой может стать первая монета, или вторая, или третья и так далее вплоть до сотой. Таким образом, получить 99 орлов в 100 раз проще — этот исход в 100 раз более вероятен, — чем получить 100 орлов.

Продолжим. Нетрудно прийти к выводу, что существует 4950 различных способов получить две решки (решками падают первая и вторая монеты; первая и третья; вторая и третья; первая и четвертая и так далее). Еще немного рассуждений — и мы обнаруживаем, что существует 161 700 различных способов получения трех решек, почти 4 млн способов получения четырех решек и примерно 75 млн способов получения пяти решек. Подробности вряд ли имеют значение; я говорю об общей тенденции. Каждая дополнительная решка на столе сильно увеличивает число вариантов, удовлетворяющих условию. Феноменально сильно. Число вариантов максимально при 50 решках (и 50 орлах), для которых существует приблизительно сто миллиардов миллиардов миллиардов возможных комбинаций (точнее, 100 891 344 545 564 193 334 812 497 256)[24]. Следовательно, выпадение 50 орлов и 50 решек примерно в сто миллиардов миллиардов миллиардов раз более вероятно, чем получение всех орлов.

Именно поэтому выпадение всех орлов стало бы для вас шоком.

Мое объяснение опирается на тот факт, что большинство из нас интуитивно анализирует набор монет — примерно так же, как Максвелл и Больцман призывали анализировать емкость с паром. Точно так же, как ученые отказались рассматривать пар молекула за молекулой, мы, как правило, не оцениваем случайный набор одинаковых монет монета за монетой. Мы не обращаем внимания — нам до этого дела нет! — что 29-я монета легла орлом кверху, а 71-я — решкой. Вместо этого мы смотрим на набор монет в целом. И нам важно число выпавших орлов в сравнении с числом решек: на столе больше орлов, чем решек, или решек, чем орлов? Вдвое больше? Втрое больше? Примерно одинаково? Мы заметим значительное изменение в соотношении орлов и решек, но случайные перестановки, сохраняющие это соотношение, — скажем, если перевернуть 23-ю, 46-ю и 92-ю монеты с решки на орла и одновременно перевернуть 17-ю, 52-ю и 81-ю с орла на решку, — выглядят практически одинаково. Вследствие этого я разбил все возможные исходы на группы, в каждой из которых конфигурации монет выглядят одинаково, и подсчитал населенность каждой группы, то есть число исходов вообще без решек, с одной решкой, с двумя решками и так далее, вплоть до числа исходов с 50 решками.

Главное здесь — понять, что эти группы имеют не одинаковое число членов. Даже близко не одинаковое. И тогда становится очевидно, почему вас шокирует выпадение при случайном броске одних только орлов (в этой группе ровно один член), чуть меньше шокирует выпадение при случайном броске одной решки (группа со 100 членами), еще чуть меньше шокирует обнаружение двух решек (группа с 4950 членами), но бросок, давший половину орлов и половину решек, заставит вас только зевнуть (в этой группе сто миллиардов миллиардов миллиардов членов). Чем больше элементов в заданной группе, тем с большей вероятностью случайный бросок даст результат, относящийся именно к этой группе. Размер группы имеет значение.

Если этот материал вам не знаком, то вы, может быть, не понимаете, что мы только что проиллюстрировали важную концепцию энтропии. Энтропия заданной конфигурации монет — это размер соответствующей группы, число конфигураций, практически неотличимых от заданной[25]. Если похожих конфигураций много, данная конфигурация имеет высокую энтропию, если мало — низкую. При прочих равных условиях результат случайного броска скорее попадет в группу с высокой энтропией, поскольку в этой группе больше членов.

Эта формулировка также связана с бытовым употреблением слова «энтропия», о котором я упоминал в начале раздела. Интуитивно беспорядочные конфигурации (представьте себе письменный стол, хаотически заваленный документами, ручками и скрепками) обладают высокой энтропией, потому что предметы в них можно организовать множеством способов, при которых итоговая раскладка будет выглядеть практически одинаково; если случайным образом переложить беспорядочную конфигурацию, она все равно будет выглядеть беспорядочной. Упорядоченные конфигурации (представьте безупречно чистый стол, на котором все документы, ручки и скрепки аккуратно разложены по местам) обладают низкой энтропией, поскольку существует очень немного вариантов раскладки вещей, при которых вся система будет выглядеть так же. Как и в случае с монетами, высокая энтропия выглядит привлекательно, потому что беспорядочных раскладок гораздо больше, чем упорядоченных.

Энтропия: факты

Монеты особенно полезны, потому что прекрасно иллюстрируют подход, при помощи которого ученые разбираются с большими наборами частиц, составляющих физические системы, будь то молекулы воды, снующие туда-сюда в горячей паровой машине, или молекулы воздуха, летающие по комнате, где вы сейчас дышите. Как и с монетами, мы игнорируем детальную информацию об отдельных частицах (не важно, находится ли конкретная молекула воды или воздуха в каком-то определенном месте) и вместо этого группируем конфигурации частиц, которые выглядят практически одинаково. Для монет критерием одинаковости конфигураций служит соотношение орлов и решек, и, поскольку нас, как правило, не интересует, как легла конкретная монета, мы обращаем внимание только на общий вид конфигурации. Но что означает «конфигурации выглядят практически одинаково» для большого набора молекул газа?

Представьте себе воздух, наполняющий сейчас вашу комнату. Если вы похожи на меня и на остальных людей, то вам совершенно все равно, пролетает ли в настоящий момент вот эта молекула кислорода мимо окна или отскакивает ли вон та молекула азота от пола. Вам важно лишь, чтобы каждый раз при вдохе в легкие попадал достаточный для ваших нужд объем воздуха. Впрочем, есть еще пара характеристик, которые вас, скорее всего, интересуют. Если бы температура воздуха была так высока, что он сжег бы ваши легкие, вам бы это не понравилось. Или если бы давление воздуха было таким высоким (и вы не выровняли его с давлением воздуха, уже находящегося в ваших евстахиевых трубах), что у вас лопнули бы барабанные перепонки, вам бы это тоже не понравилось. Таким образом, вас интересует объем воздуха, его температура и давление. И кстати, это те самые макроскопические свойства, которые интересуют физиков со времен Максвелла и Больцмана по сей день.

Соответственно, для относительно большого набора молекул в некоторой емкости мы говорим, что различные конфигурации выглядят практически одинаково, если они наполняют один и тот же объем, имеют одинаковую температуру и оказывают одинаковое давление. Как с монетами, мы группируем похожие конфигурации молекул и говорим, что каждый член группы порождает одно и то же макросостояние. Энтропией макросостояния является число таких похожих конфигураций. Предполагая, что вы в настоящий момент не включаете комнатный обогреватель (влияющий на температуру), не устанавливаете в комнате непроницаемую перегородку (что изменило бы объем) и не закачиваете в комнату дополнительный кислород (что изменило бы давление в ней), постоянно изменяющиеся конфигурации молекул воздуха, порхающих туда-сюда по комнате, в которой вы в настоящий момент находитесь, можно отнести к одной и той же группе — они все выглядят практически одинаково, — поскольку все они приводят к совершенно одинаковым макроскопическим параметрам, которые вы и наблюдаете.

Разбивка по группам схожих конфигураций — это необычайно мощный подход. Случайным образом брошенные монеты с большей вероятностью попадают в группу с большим количеством членов (с более высокой энтропией), и точно так же обстоит дело со случайным образом мечущимися в ограниченном объеме частицами. Понимание этого настолько же просто, насколько далеко идущие последствия все это имеет. Где бы ни находились частицы — в котле паровой машины, в вашей комнате или где угодно еще, — понимание типичных свойств самых обычных конфигураций (тех, что принадлежат к группам с самым большим количеством членов) позволяет нам предсказывать макроскопические свойства системы — те самые, что важны для нас. Конечно, это статистические предсказания, но вероятность того, что они окажутся точными, фантастически высока. А главное, мы добиваемся всего этого, избегая непреодолимой сложности анализа траекторий абсурдно большого количества частиц.

Таким образом, чтобы выполнить программу, нам необходимо отточить умение определять обычные (высокоэнтропийные) конфигурации частиц в противовес редким (низкоэнтропийным). То есть при заданном состоянии физической системы нам нужно определить, много или мало существует перестановок составляющих ее частей, при которых система по виду останется прежней. В качестве примера заглянем в наполненную паром ванную комнату сразу после того, как вы закончили нежиться под горячим душем. Чтобы определить энтропию пара, нужно посчитать число конфигураций молекул — их возможные положения и возможные скорости, — имеющих одинаковые макроскопические свойства, то есть одинаковый объем, температуру и давление[26]. Провести математический подсчет для набора молекул H_2O намного сложнее, чем для набора одинаковых монет, но делать это большинство студентов-физиков научаются ко второму курсу. Проще да и полезнее разобраться в том, какое качественное влияние объем, температура и давление оказывают на энтропию.

Сначала объем. Представьте, что порхающие молекулы H_2O собрались плотной кучкой в одном крохотном уголке вашей ванной и образовали там плотный комок пара. В такой конфигурации возможные перестановки молекул будут резко ограничены: передвигая молекулы воды в пространстве, вы должны будете удерживать их в пределах комка, иначе модифицированная конфигурация будет отличаться от первоначальной. В сравнении с этим при равномерном распределении пара по ванной игра в перестановки получится куда свободнее. Вы сможете менять местами молекулы, плавающие возле зеркала, с теми, что летают у светильника, а те, что летают вдоль занавески, с теми, что находятся у окна, — и при всем при том пар в ванной будет выглядеть совершенно одинаково. Отметьте также, что чем больше у вас ванная, тем больше места для распределения молекул, что также увеличивает число доступных конфигураций. Делаем вывод: меньшие по размеру и более плотные конфигурации молекул обладают меньшей энтропией, а большие и равномерно распределенные — большей.

Теперь температура. Что мы подразумеваем под температурой на уровне молекул? Ответ известен. Температура — это средняя скорость множества молекул[27]. Объект холоден, если средняя скорость его молекул низка, и горяч, если она высока. Так что определить, как температура влияет на энтропию, равнозначно тому, чтобы определить, как влияет на энтропию средняя скорость молекулы. И так же, как в случае с объемом, для качественной оценки нам много не потребуется. Если температура пара низка, то разрешенных перестановок — замен скоростей молекул — будет относительно немного: чтобы температура оставалась постоянной и гарантировала таким образом практическую одинаковость конфигураций, вы должны будете компенсировать любое увеличение скоростей отдельных молекул соответствующим снижением скоростей других молекул. Но проблема низкой температуры (низкой средней скорости молекул) в том, что понижать скорости вам особенно некуда — уткнетесь в нулевой предел. Поэтому доступный диапазон возможных скоростей молекул оказывается достаточно узким, а свобода по перераспределению этих скоростей ограничена. И наоборот, если температура высока, то и игра в перераспределение набирает обороты: с более высоким средним значением диапазон молекулярных скоростей (одни из которых выше среднего значения, другие — ниже) оказывается намного шире, что позволяет свободнее перемешивать скорости, сохраняя при этом среднее значение. Большее число практически одинаковых конфигураций скоростей молекул означает, что более высокой температуре соответствует более высокая энтропия.

Наконец, давление. Давление пара на вашу кожу или на стены ванной обусловлено столкновениями налетающих молекул H_2O, ударяющихся об эти поверхности: каждая молекула, налетая, дает крохотный толчок, так что чем больше молекул, тем выше давление. То есть для заданных температуры и объема давление определяется полным числом молекул пара в вашей ванной — величиной, влияние которой на энтропию можно оценить с величайшей простотой.

Меньшее число молекул H_2O в вашей ванной (вы быстро приняли душ) означает меньшее число возможных перестановок, следовательно, более низкую энтропию; и наоборот, большее число молекул H_2O (вы долго нежились под душем) означает большее число возможных перестановок, так что энтропия окажется выше.

Резюмируем. Меньшее число молекул, более низкая температура или меньший объем дают нам более низкую энтропию. Большее число молекул, более высокая температура или больший объем соответствуют более высокой энтропии.

По итогам этого короткого разбора позвольте мне обратить ваше внимание на один подход к энтропии, не слишком точный, но позволяющий получить надежное и простое эмпирическое правило. Вероятность столкнуться с высокоэнтропийными состояниями всегда выше. Поскольку такие состояния могут быть реализованы огромным числом различных комбинаций составляющих систему частиц, они типичны, заурядны, легко воспроизводимы и встречаются на каждом шагу. Напротив, если вам вдруг встретится какое-нибудь низкоэнтропийное состояние, на него следует обратить внимание. Низкая энтропия означает, что существует гораздо меньше способов получить заданное макросостояние из его микроскопических ингредиентов, поэтому такие конфигурации найти трудно, они необычны, тщательно организованы и редки. Примите долгий горячий душ — и обнаружите пар равномерно распределенным по ванной: высокоэнтропийное и совершенно неудивительное состояние. Примите долгий горячий душ и представьте, что обнаружили весь пар собранным в идеальный небольшой кубик, плавающий перед зеркалом: низкоэнтропийное и чрезвычайно необычное состояние. Настолько необычное, что, случись подобное с вами, вам следовало бы с большим сомнением отнестись к варианту, что вы случайно столкнулись с одной из тех маловероятных вещей, которые иногда случаются. В принципе, это могло бы быть объяснением. Но я готов поставить на кон свою жизнь, что это объяснение неверно. Точно так же, как вы наверняка заподозрили бы неладное, увидев на столе 100 монет орлом кверху (вы заподозрили бы, к примеру, что кто-то специально перевернул все монеты, выпавшие решкой). При встрече с любой низкоэнтропийной конфигурацией следует искать какое-то неслучайное объяснение.

Подобная логика применима даже в таких обыденных, на первый взгляд, ситуациях, как находка яйца, муравейника или кружки. Упорядоченная, искусственная, низкоэнтропийная природа этих конфигураций требует объяснения. То, что беспорядочное движение в точности подходящих частиц случайно собрало их в яйцо, муравейник или кружку, теоретически возможно, но нереалистично. Мы чувствуем потребность найти более убедительные объяснения — и, разумеется, далеко ходить за ними не приходится: и яйцо, и муравейник, и кружка возникают благодаря тому, что какие-то определенные формы жизни собирают прежде случайные конфигурации частиц в окружающей среде и превращают их в упорядоченные структуры. Как и почему жизнь способна создавать такой изысканный порядок — отдельная тема, к которой мы обратимся в дальнейших главах. Пока же урок прост: низкоэнтропийные конфигурации следует рассматривать как критерий того, что порядок, который мы видим перед собой, возможно, обусловлен мощным организующим влиянием.

В конце XIX в. австрийский физик Людвиг Больцман, вооруженный этими идеями, многие из которых сам и выдвинул, считал, что может ответить на вопрос, с которого мы начали этот раздел: чем отличается будущее от прошлого? Его ответ опирался на понятие энтропии, определяемой вторым началом термодинамики.

Начала термодинамики

Если энтропия и второе начало прочно прописались в культуре, то отсылки к первому началу термодинамики в обыденном общении попадаются намного реже. Тем не менее чтобы до конца освоиться со вторым началом, полезно сначала разобраться с первым. Оказывается, первое начало тоже широко известно, но, если можно так выразиться, под псевдонимом. Речь о законе сохранения энергии. Каким бы количеством энергии вы ни располагали в начале процесса, в конце этого процесса у вас ее будет ровно столько же. Вы должны быть очень скрупулезны в подсчете энергии и не забывать про все те ее формы, в которые первоначальная энергия, возможно, превратилась, такие как кинетическая энергия (энергия движения), или потенциальная энергия (запасенная, как энергия растянутой пружины), или излучение (энергия полей, таких как электромагнитное или гравитационное), или тепло (энергия беспорядочного движения молекул и атомов). Но если вы все внимательно подсчитаете, то первое начало термодинамики гарантирует, что баланс энергии сойдется[28].

Второе начало термодинамики сосредоточено на энтропии. В отличие от первого начала, второе не является законом сохранения. Это закон роста. Второе начало гласит, что во времени существует мощнейшая тенденция к увеличению энтропии. Проще говоря, особенные конфигурации склонны эволюционировать в сторону обычных (ваша тщательно отглаженная рубашка становится мятой), то есть порядок склонен скатываться к беспорядку (ваш идеально организованный гараж превращается в беспорядочную мешанину инструментов, ящиков и спортивного инвентаря). Хотя подобные сравнения формируют прекрасный интуитивный образ, статистическая формулировка понятия энтропии, данная Больцманом, позволяет описать второе начало со всей точностью и, что не менее важно, получить ясное представление о том, почему оно верно.

Все сводится к игре чисел. Представьте еще раз монеты. Если вы аккуратно разложите их на столе орлами кверху — в низкоэнтропийной конфигурации, — а затем немного потрясете и перемешаете их, то получите, скорее всего, хотя бы несколько решек — более высокоэнтропийную конфигурацию. Если потрясти монеты еще раз, то можно представить, что вам удастся вернуть все монеты в положение орлом кверху, но для этого стол нужно будет трясти вполне определенным образом, настолько точно, что перевернутся только те несколько монет, которые легли решкой. Это чрезвычайно маловероятно. Намного более вероятно, что тряска вместо этого перевернет некий случайный набор монет. Некоторые из тех нескольких монет, что были решками, возможно, перевернутся обратно, но из тех монет, что были орлами, гораздо большее количество станет решками. Так что простая прямолинейная логика — никакой хитроумной математики, никаких неуместно абстрактных идей — сообщает нам, что если начать с варианта «все орлы», то произвольное встряхивание приведет к увеличению числа решек. То есть к росту энтропии.

Движение к увеличению числа решек будет продолжаться до тех пор, пока мы не достигнем соотношения орлов и решек примерно 50 на 50. В этот момент встряхивание станет переворачивать монеты из орлов в решки примерно столько же, сколько из решек в орлы, и дальше конфигурация начнет большую часть времени мигрировать между самыми густонаселенными, самыми высокоэнтропийными группами.

То, что верно для монет, справедливо и в более общем плане. Если вы печете хлеб, можете быть уверены, что аромат очень скоро наполнит даже самые удаленные от кухни комнаты. Сначала молекулы, высвободившиеся по мере запекания хлеба, концентрируются возле духовки. Но постепенно они рассеиваются. Причина этого, аналогичная нашему объяснению на случай монет, состоит в том, что у ароматических молекул гораздо больше способов распределиться по всему объему, чем держаться всем вместе. Поэтому намного вероятнее, что из-за случайного столкновений и ударов молекулы будут разлетаться, а не кучковаться. Так что низкоэнтропийная конфигурация молекул, сосредоточенных вокруг печки, будет естественным образом развиваться в сторону высокоэнтропийного состояния, в котором они распределятся по всему вашему дому[29].

Говоря в самом общем плане, если некоторая физическая система не находится еще в состоянии с максимальной доступной энтропией, вероятность того, что она будет развиваться в направлении этого состояния, чрезвычайно велика. Объяснение, которое хорошо иллюстрируется хлебным ароматом, опирается на самые простые рассуждения: поскольку число конфигураций с большей энтропией многократно превышает их число с меньшей энтропией (по определению энтропии), вероятность того, что случайная толкотня — бесконечные соударения и колебания атомов и молекул — поведет систему по направлению к более высокой, а не к более низкой энтропии, чрезвычайно высока. Процесс этот будет продолжаться до тех пор, пока мы не достигнем конфигурации с самой высокой доступной энтропией. Начиная с этого момента беспорядочное движение молекул заставит, скорее всего, составляющие системы мигрировать между (как правило) громадным числом конфигураций, соответствующих состояниям с максимальной энтропией[30].

Вот оно, второе начало термодинамики. И вот почему оно верно.

Энергия и энтропия

Прочитав описание, вы могли бы подумать, что первое и второе начала термодинамики совершенно различны. В конце концов, одно из них сфокусировано на энергии и ее сохранении, а другое — на энтропии и ее росте. Но существующая между ними глубокая связь подчеркивается фактом, который неявно содержится во втором начале и к которому мы будем еще неоднократно обращаться: не вся энергия одинакова.

Рассмотрим, к примеру, динамитный патрон. Поскольку вся энергия, заключенная в динамите, содержится в плотной, компактной, упорядоченной химически упаковке, эту энергию несложно обуздать. Поместите динамит туда, где вы хотите эту энергию выгрузить, и подожгите запал. Вот и все. После взрыва вся энергия динамита по-прежнему существует. Это первое начало в действии. Но поскольку энергия динамита превратилась в стремительное и беспорядочное движение широко разлетевшихся частиц, обуздать эту энергию теперь чрезвычайно трудно. Поэтому, хотя суммарное количество энергии не изменилось, характер ее стал совсем другим.

Мы скажем, что до взрыва энергия динамита была высокого качества: она была сконцентрирована в малом объеме и легко доступна. И наоборот. После взрыва энергия стала низкокачественной: теперь она распределена по большому объему и использовать ее трудно. А поскольку взрывающийся динамит полностью подчиняется второму началу и движется от порядка к беспорядку — от низкой энтропии к высокой, — мы связываем низкую энтропию с высококачественной энергией, а высокую энтропию — с низкокачественной энергией. Да, я понимаю. За всеми этими низко- и высоко- трудно уследить. Однако вывод получается весьма ценным: если первое начало термодинамики гласит, что количество энергии сохраняется во времени, то второе утверждает, что качество этой энергии со временем ухудшается.

Итак, почему же будущее отличается от прошлого? Ответ, очевидно вытекающий из сказанного, состоит в том, что энергия, работающая в будущем, более низкого качества, чем та, что работает в прошлом. Будущее обладает большей энтропией, чем прошлое.

По крайней мере, так предположил Больцман.

Больцман и Большой взрыв

Больцман, безусловно, на что-то наткнулся. Но есть одно тонкое уточнение ко второму началу, следствия из которого, сказать по правде, в полной мере не сразу дошли даже до Больцмана.

Второе начало термодинамики — не закон в традиционном смысле этого слова. Второе начало не запрещает полностью уменьшение энтропии. Оно лишь объявляет, что такое уменьшение маловероятно. Для монет мы оценили эту вероятность численно. В сравнении с единственной конфигурацией со всем орлами ситуация, при которой при случайном броске 100 монет выпадет 50 орлов и 50 решек, в сто миллиардов миллиардов миллиардов раз более вероятна. Встряхните эту высокоэнтропийную конфигурацию еще раз, и вы можете, в принципе, получить низкоэнтропийную конфигурацию «все орлы», это не запрещено, но из-за сильно сдвинутых шансов на практике такого не происходит.

Для обычной физической системы, в которой составляющих намного больше сотни, шансы против уменьшения энтропии становятся еще более подавляющими. Хлеб в процессе выпечки выпускает миллиарды и миллиарды молекул. Конфигураций, в которых эти молекулы распределятся по всему вашему дому, многократно больше, чем тех, в которых они коллективно устремятся к духовке. При беспорядочном метании и толкании молекулы могли бы, в принципе, собраться обратно в хлеб, обратить вспять процесс выпечки и оставить вам кучку холодной сырой муки. Но вероятность этого ближе к нулю, чем вероятность того, что, побрызгав на холст красками, вы получите «Мону Лизу». Несмотря на это, следует иметь в виду, что, если бы такой процесс обращения энтропии все же состоялся, он не противоречил бы законам физики. Снижение энтропии чертовски маловероятно, но законы физики тем не менее его допускают.

Не поймите меня неправильно. Я говорю об этом не потому, что считаю, что однажды мы увидим, как процесс выпечки хлеба идет задом наперед, или как столкнувшиеся автомобили расходятся и вновь становятся целыми, или как сгоревший документ возрождается из пепла. Я просто хочу подчеркнуть важный принцип. Я уже объяснял ранее, что законы физики считают будущее и прошлое совершенно равноправными. Законы, таким образом, гарантируют, что физические процессы, которые разворачиваются в одном временном направлении, могут разворачиваться и в другом. И поскольку эти самые законы управляют всем, включая физические процессы, отвечающие за изменение энтропии во времени, было бы странно и, более того, ошибочно считать, что эти законы допускают лишь повышение энтропии. Это не так. Все повышающие энтропию процессы, которые вы наблюдаете день за днем всю свою жизнь, — от обыденных, типа бьющегося стекла, до глубоких, таких как телесное старение, — могут происходить в обратном направлении. Энтропия может понижаться. Просто это чертовски маловероятно.

Итак, как все это влияет на наш поиск объяснения, почему будущее отличается от прошлого? Ну, если энтропия сегодняшней конфигурации не максимальна, то, согласно второму началу, будущее с огромной вероятностью будет от нее отличаться, потому что энтропия с ошеломляющей вероятностью продолжит расти. Конфигурации вещества, имеющие энтропию меньше максимально возможной, с нетерпением ждут возможности перейти в состояние с более высокой энтропией. И с этим наблюдением некоторые из тех, кто исследует разницу между прошлым и будущим, прекращают усилия, считая свою работу сделанной.

Но работа не сделана. Нам, что не менее важно, необходимо объяснить, как так получается, что мы сегодня обнаруживаем себя в таком особом, маловероятном, удивительном состоянии немаксимальной энтропии — во Вселенной, полной упорядоченных структур, от планет и звезд до петухов и людей. Будь это не так, будь сегодняшняя конфигурация ожидаемым, обычным, неудивительным состоянием максимальной энтропии, Вселенная с огромной вероятностью так и продолжала бы существовать в таком состоянии и будущее у нее ничем не отличалось бы от прошлого. Подобно мешочку с монетами, мигрирующему по громадному числу конфигураций с примерно 50 орлами и 50 решками, Вселенная неустанно скиталась бы с максимальной энтропией по необозримому ландшафту своих конфигураций — равномерно рассыпанных по пространству частиц, летающих туда-сюда, то есть по космической версии вашей наполненной паром ванной[31]. Сегодняшнее состояние немаксимальной энтропии, к счастью для нас, намного интереснее. Оно обеспечивает частицам возможность встраиваться в структуры, и оно же обеспечивает возможность макроскопических изменений. Поэтому мы вынуждены спросить: как возникло сегодняшнее состояние немаксимальной энтропии?

Строго следуя второму началу, мы заключаем, что сегодняшнее состояние выводится из вчерашнего, более низкоэнтропийного состояния. И это состояние, представляем мы, выводится из позавчерашнего, еще более низкоэнтропийного, и так далее; след все уменьшающейся энтропии уводит нас все дальше назад во времени, до самого Большого взрыва. Высокоупорядоченная стартовая точка с чрезвычайно низкой энтропией — вот причина того, что сегодняшняя Вселенная не достигла энтропийного максимума. Это и разрешает существование богатого событиями будущего, которое отличается от прошлого.

Можем ли мы пойти еще дальше и объяснить, почему начало Вселенной было таким упорядоченным? Мы вернемся к этому вопросу в следующей главе, где познакомимся с космологическими теориями. Пока же отметим, что наше выживание требует порядка, начиная с внутренней молекулярной организации, поддерживающей огромное множество необходимых для жизни функций, и заканчивая источниками пищи, которые обеспечивают нас высококачественной энергией, а также рукотворными инструментами и обиталищами, важными для продолжения существования. Без среды, битком набитой низкоэнтропийными упорядоченными структурами, нас, людей, здесь не было бы и мы не могли бы ничего сказать про эти структуры.

Теплота и энергия

Я начал эту главу с жалобы Бертрана Рассела на неумолимую деградацию Вселенной. Вспомнив утверждение второго начала о растущей энтропии, мы теперь сможем примерно догадаться, что вдохновило Рассела на такое мрачное пророчество. Представьте себе растущую энтропию как увеличивающийся беспорядок, и вы поймете суть дела. Но, чтобы полностью оценить будущие вызовы, с которыми столкнутся жизнь, разум и материя, — на эту тему мы подробно поговорим в следующих главах — необходимо установить связь между современным описанием второго начала термодинамики, как я его изложил, и первоначальной его формулировкой, разработанной в середине XIX в. В этой ранней версии второе начало закрепляло то, что было очевидно любому работающему с паровыми машинами: процесс сжигания топлива в топке всегда производит тепло и отходы — происходит деградация. Поскольку в этой ранней версии не упоминался подсчет конфигураций частиц и не использовались вероятностные рассуждения, она могла бы показаться нам никак не связанной со статистическим утверждением о росте энтропии, которое мы разбирали. Однако между двумя формулировками существует глубокая и прямая связь — та самая, что объясняет нам, почему преобразование высококачественной энергии в низкокачественную теплоту в паровом двигателе иллюстрирует повсеместную деградацию, происходящую в космосе.

Я объясню эту связь в два этапа. Во-первых, мы рассмотрим связь между энтропией и теплотой. Затем, в следующем разделе, свяжем воедино теплоту и статистическое утверждение второго начала.

Возьмитесь за горячую ручку сковороды — и почувствуете, что теплота как будто течет вам в руку. Но течет ли при этом что-нибудь на самом деле? Давным-давно было время, когда ученые отвечали на этот вопрос положительно. Они представляли себе субстанцию наподобие жидкости, которую называли теплородом, перетекающую из более горячих мест в менее горячие, примерно как река течет сверху вниз. Со временем ученые стали лучше разбираться в ингредиентах вещества и предложили другое описание. Когда вы беретесь за ручку сковороды, ее быстро движущиеся молекулы сталкиваются с медленно движущимися молекулами в вашей руке, что в среднем повышает скорость молекул с вашей руке и снижает скорость молекул в ручке сковороды. Вы чувствуете увеличение скорости молекул как тепло; температура вашей руки увеличилась. Соответственно, снижение скорости молекул в ручке означает, что ее температура понизилась. Но это означает, что течет не теплота. Молекулы ручки остаются в ручке, а молекулы вашей руки остаются в вашей руке. Вместо этого, как при игре в испорченный телефон информация переходит от человека к человеку, молекулярное возбуждение перетекает от молекул в ручке к молекулам в вашей руке, когда вы за эту ручку беретесь. А значит, хотя само вещество не перетекает из ручки в руку, определенное качество этого вещества — средняя скорость молекул — перетекает. Именно это мы подразумеваем под потоком теплоты.

Это же описание применимо и к энтропии. С повышением температуры вашей руки ее молекулы начинают метаться быстрее, диапазон возможных скоростей расширяется, увеличивая число достижимых конфигураций, которые выглядят одинаково, — так что энтропия вашей руки тоже увеличивается. Соответственно, с понижением температуры ручки ее молекулы начинают двигаться медленнее, диапазон возможных скоростей для них сужается, уменьшая число достижимых одинаковых конфигураций, — так что энтропия ручки снижается.

Вот это да. Энтропия снижается?

Да. Но это не имеет отношения к редким статистическим флуктуациям, таким как получение 100 орлов при случайном броске 100 монет, как описано в предыдущем разделе. Энтропия горячей ручки уменьшается всякий раз, как вы за нее беретесь. Простой, но важный момент, который иллюстрирует сковорода, состоит в том, что постулируемый вторым началом рост энтропии относится к полной энтропии замкнутой физической системы, которая по определению включает в себя все, с чем эта система взаимодействует. Поскольку ваша рука взаимодействует с ручкой сковороды, вы не можете применить второе начало к ручке как таковой. Вы должны включить в систему и ручку, и руку (и, если быть точными, всю сковороду, плиту, окружающий воздух и так далее). И тщательный подсчет покажет, что рост энтропии вашей руки превышает падение энтропии ручки, гарантируя, что полная энтропия системы все же повышается.

Таким образом, примерно как в случае с теплотой, в каком-то смысле энтропия может течь. Для сковороды она течет из ручки в вашу руку. Ручка становится чуть более упорядоченной, а ваша рука — чуть менее упорядоченной. Перетекает она опять же не в виде осязаемой субстанции, которая первоначально находилась в ручке, а теперь перетекла в вашу руку. Скорее, поток энтропии обозначает взаимодействие между молекулами в ручке сковороды и в вашей руке, изменяющее свойства того и другого. В данном случае взаимодействие изменяет их средние скорости — относительные температуры, — а это, в свою очередь, влияет на энтропию, которую каждый из этих объектов заключает в себе.

Из этого описания очевидно, что поток теплоты и поток энтропии очень тесно связаны. Поглощать теплоту — значит поглощать энергию, которую заключает в себе случайное движение молекул. Эта энергия, в свою очередь, заставляет принимающие молекулы двигаться быстрее или распространяться шире, внося, таким образом, вклад в увеличение энтропии. Из этого можно сделать вывод: для того чтобы сдвинуть энтропию отсюда туда, теплота должна течь отсюда туда. Короче говоря, энтропия путешествует на волне теплоты.

А теперь, с этим пониманием взаимосвязи между теплотой и энтропией, вернемся ко второму началу.

Теплота и второе начало термодинамики

Объяснение того, почему мы переживаем события, разворачивающиеся только в одном направлении и никогда в обратном, привело нас к Больцману и его статистической версии второго начала: энтропия с ошеломляюще высокой вероятностью возрастает по направлению к будущему, делая обратные последовательности событий (в которых энтропия уменьшалась бы) фантастически маловероятными. Какое отношение все это имеет к более ранней формулировке второго начала (вдохновленной паровой машиной), в которой речь шла о неизменном производстве физическими системами тепловых отходов?

Связь заключается в том, что две наши начальные точки — обратимость и паровые машины — тесно связаны. Причина в том, что паровая машина основана на циклическом процессе: поршень, который расширяющийся пар выталкивает наружу, затем возвращается в начальную позицию, где ожидает следующего толчка. Пар тоже возвращается к начальным параметрам — объему, температуре и давлению; то же должны сделать и остальные значимые части, готовя машину к новому циклу нагрева и выталкивания поршня. Хотя ни один из этих процессов не требует тех ужасно маловероятных событий, при которых каждая молекула находит свой путь обратно в начальную точку или приобретает в точности ту же скорость, какую она имела в начале предыдущего цикла, работа машины все же подразумевает, что общая обстановка — макросостояние машины — вернулась в первоначальный вид, чтобы начать следующий цикл.

Что из этого следует в плане энтропии? Поскольку энтропия есть число микроскопических конфигураций, которые предстают перед нами в виде одного и того же макросостояния, то если макросостояние паровой машины сбрасывается до исходного в начале каждого цикла, значит, ее энтропия должна сбрасываться тоже. Это означает, что энтропия, которую паровая машина приобретает в ходе заданного цикла (когда она поглощает теплоту от горящего топлива, выделяет дополнительную теплоту за счет трения движущихся частей и так далее), должна целиком выбрасываться в окружающую среду к моменту завершения цикла. Как паровая машина это делает? Ну, мы уже видели, что для переноса энтропии необходим перенос теплоты. Таким образом, чтобы паровая машина сбрасывала свое состояние для следующего цикла, она должна выпускать тепло в окружающую среду. Значит, историческая формулировка второго начала термодинамики (неизбежное выбрасывание тепла в окружающую среду) — та самая деградация, которая так печалила Бертрана Рассела, — напрямую выводится из статистической версии второго начала[32].

Мы добрались до пункта назначения, к которому я здесь стремился, так что можете свободно переходить сразу к следующему разделу. Но, если у вас хватит терпения, поговорим об одной детали, не упомянуть которую было бы упущением с моей стороны. Вы, возможно, задались сейчас примерно таким вопросом: если паровая машина поглощает теплоту из сжигаемого топлива (набирая таким образом энтропию) только для того, чтобы потом сбрасывать теплоту в окружающую среду (сбрасывая таким образом и энтропию), то почему у нее еще остается энергия на выполнение полезных задач, таких как работа локомотива, к примеру? Ответ состоит в том, что паровая машина высвобождает в окружающую среду меньше тепла, чем поглощает, и все же умудряется полностью очиститься от накопленной энтропии. Вот как это происходит.

Паровая машина поглощает теплоту и энтропию от горящего топлива и высвобождает теплоту и энтропию в более прохладную окружающую среду. Здесь принципиально важна температурная разница между топливом и средой. Чтобы понять, почему это так, представьте себе два включенных бытовых обогревателя, совершенно одинаковых, один из которых находится в промерзшей комнате, а второй — в жаркой. В промерзшей комнате холодные молекулы воздуха получают от обогревателя встряску, которая заставляет их двигаться быстрее и распределяться по всему пространству, так что их энтропия возрастает значительно. В жаркой комнате молекулы воздуха и без того двигаются быстро и разлетаются широко, так что обогреватель лишь слегка увеличивает их энтропию. (Это примерно как ускорить ритм на дикой новогодней вечеринке и почти не заметить, что участники стали танцевать чуть быстрее; но ускорьте ритм в буддистском монастыре Тикси и заставьте монахов прервать медитативные практики и начать танцевать крамп, и вы сразу заметите изменения.) Следовательно, несмотря на то что обогреватели идентичны, количество энтропии, которую они передают окружающим объектам, различно: хотя каждый из них генерирует одинаковое количество теплоты, обогреватель в холодной комнате передает среде больше энтропии. Таким образом, более прохладная среда, получая заданное количество теплоты, превращает его в больший рост энтропии. С учетом этого мы понимаем, что паровая машина может сбрасывать всю энтропию, полученную ею с теплотой от горячего топлива, выпуская лишь часть этой теплоты в более прохладную окружающую среду. Тогда оставшаяся теплота может заставить пар расширяться, толкая поршень и выполняя при этом полезную работу.

Таково объяснение, но не позволяйте подробностям заслонять собой главный вывод: со временем физические системы с фантастически высокой вероятностью развиваются от конфигураций с более низкой энтропией к конфигурациям с более высокой энтропией. Если система, такая как паровая машина, пытается поддерживать свою структурную целостность, она должна сдерживать естественное стремление к повышению энтропии, периодически передавая накопленную энтропию окружающей среде. Для этого машина должна выбрасывать лишнюю теплоту в окружающую среду.

Энтропийный тустеп

Если вы тщательно продумаете сделанные нами шаги, то увидите, что, хотя паровую машину мы разобрали вдоль и поперек, выводы наши выходят за рамки этого исходного пункта XVIII в. Суть нашего анализа — аккуратный учет энтропии, и такой учет можно провести в любом контексте. Это ключевой вывод, поскольку переход энтропии от паровой машины в окружающую среду через выброс теплоты всего лишь один из вариантов абсолютно повсеместного процесса, который мы встретим, когда будем отслеживать эволюцию космоса. Я называю его энтропийным тустепом, подразумевая при этом любой процесс, в котором энтропия системы снижается, поскольку он порождает более чем компенсирующее увеличение энтропии среды. Тустеп гарантирует, что, хотя энтропия, возможно, снижается здесь, она непременно повысится там, обеспечивая суммарный энтропийный рост, который следует из второго начала.

Энтропийный тустеп — основа того, как Вселенная на пути ко все большему беспорядку может тем не менее рождать и поддерживать упорядоченные структуры, такие как звезды, планеты и люди. Дальше мы будем раз за разом встречать тему о том, что, когда энергия течет через систему — как энергия от горящего угля течет через пар, обеспечивая выполнение работы, а затем уходит в окружающую среду, — она уносит прочь энтропию, поддерживая, таким образом или даже порождая, порядок на своем пути.

Именно этот энтропийный танец координирует подъем жизни и разума, а также почти все остальное, что, по мнению разума, имеет значение.

Вы — паровая машина

Учитывая важность сброса энтропии каждый раз, когда паровая машина начинает рабочий цикл, вам, возможно, любопытно, что произойдет, если сброс энтропии прекратится. По существу, отсутствие сброса энтропии эквивалентно отсутствию адекватного сброса теплоты, так что с каждым циклом машина будет греться все сильнее и в конечном итоге перегреется и сломается. Если паровую машину постигнет такая судьба, это может причинить кому-то неудобства, но — при условии, что обошлось без пострадавших, — не станет, скорее всего, ни для кого экзистенциальным кризисом. Однако те же физические принципы задействованы в вопросе о том, могут ли жизнь и разум существовать в будущем до бесконечности. Все очень просто: то, что верно для паровой машины, верно и для вас.

Вы, скорее всего, не считаете себя ни паровой машиной, ни, возможно, вообще физическим устройством. Я тоже лишь изредка описываю себя подобными терминами. Но подумайте: ваша жизнь включает в себя процессы не менее цикличные, чем те, что происходят в паровой машине. День за днем ваш организм сжигает пищу, которую вы съедаете, и воздух, который вдыхаете, чтобы обеспечить энергией работу внутренних механизмов и внешнюю деятельность. Даже мыслительная деятельность — молекулярное движение, происходящее в вашем мозге, — питается за счет этих процессов превращения энергии. Так что вы, как и паровая машина, не могли бы жить без сброса накопившейся энтропии путем отдачи излишней теплоты в окружающую среду. И действительно, вы это делаете. Мы все это делаем. Все время. Именно поэтому, к примеру, военные инфракрасные очки, призванные видеть теплоту, которую мы все непрерывно испускаем, так хорошо помогают солдатам замечать ночью противника.

Мы теперь можем более полно оценить умонастроение Рассела в тот момент, когда он представлял себе далекое будущее. Мы все ведем бесконечное сражение, чтобы противостоять упрямому накоплению отходов, неостановимому росту энтропии. Чтобы мы могли выжить, окружающая среда должна вбирать в себя и уносить прочь все отходы, которые мы вырабатываем, всю накапливаемую энтропию. Встает вопрос: обеспечивает ли среда — под которой мы в данный момент подразумеваем наблюдаемую Вселенную — бездонную пропасть, способную вечно поглощать такие отходы? Может ли жизнь танцевать энтропийный тустеп до бесконечности? Или когда-нибудь наступит время, что Вселенная окажется набитой под завязку и неспособной больше принимать лишнюю теплоту, выделяемую теми самыми действиями, что определяют нас? Станет ли это концом жизни и разума? Правда ли, что — согласно печальной формулировке Рассела — «вся многовековая работа, все служение, все вдохновение, весь блеск человеческого гения обречены на то, чтобы исчезнуть вместе с гибелью Солнечной системы; что храм человеческих достижений будет погребен под останками Вселенной»?[33]

Именно эти вопросы станут центральными для нас в следующих главах. Но мы немного забежали вперед. Прежде чем обсуждать жизнь и разум, давайте разберемся, какую роль энтропия и второе начало играют в формировании среды, без которой жизнь и разум не смогут закрепиться.

Для этого нам придется вернуться к Большому взрыву.

3

Энтропия и начало мира

От возникновения к структуре

Когда математика позволяет ученым заглядывать в моменты, лишь доли секунды отстоящие от того, что могло быть началом Вселенной, близость к традиционным сферам религии заставляет некоторых считать, что существует глубокое сродство, или глубокая связь, или глубокий конфликт, ожидающие своего раскрытия. Именно поэтому мне задают вопросы о моих взглядах по поводу Творца почти столь же часто, как и о науке. Мало того, вопросы часто объединяют и то и другое. У нас в дальнейшем будет достаточно времени, чтобы рассмотреть подобные темы, но здесь мы разберем точку соприкосновения, отмеченную в конце предыдущей главы и важную для общей панорамы нашего рассказа: если второе начало термодинамики предписывает Вселенной неумолимый рост беспорядка, как может природа с такой готовностью порождать изящно устроенные высокоорганизованные структуры — от атомов и молекул, звезд и галактик до жизни и разума? Если Вселенная началась с невообразимого взрыва, как мог такой яростный старт дать начало всему этому порядку — от спиральных рукавов Млечного Пути до захватывающих дух земных ландшафтов, хитроумных связей и морщинистых извилин человеческого мозга, музыки, поэзии, литературы и науки, которые этот мозг рождает?

Один из ответов, при помощи которого на протяжении многих эпох люди защищали себя от зачаточных вариантов подобных тревог, состоит в том, что порядок высечен из хаоса каким-то высшим разумом. Человеческий опыт не противоречит такому антропоморфному повороту. В конце концов, значительная часть порядка, с которым мы ежедневно сталкиваемся в рамках современной цивилизации, и правда является творением разума. Но правильное толкование второго начала делает разумный замысел ненужным. Удивительно и одновременно замечательно, что области, в которых сосредоточены энергия и порядок (архетипический пример — звезды), являются естественным следствием того, что Вселенная старательно следует по пути, предписанному вторым началом, и становится все более беспорядочной. В самом деле такие очаги порядка оказываются катализаторами, помогающими Вселенной в долгосрочной перспективе реализовать свой энтропийный потенциал. К тому же по пути они еще способствуют зарождению жизни — и это тоже часть энтропийной прогрессии.

Чтобы разобрать подробнее танец порядка и беспорядка, из которого, собственно, и состоит космологическая история, начнем с начала.

Абрис Большого взрыва

В середине 1920-х гг. священник-иезуит Жорж Леметр использовал недавно предложенное Эйнштейном новое описание гравитации — общую теорию относительности, — чтобы разработать радикальную идею, согласно которой космос начался со взрыва и с тех пор непрерывно расширяется. Леметр вовсе не был диванным физиком. Свою докторскую степень он получил в Массачусетском технологическом институте и принадлежал к тем ученым, которые первыми применили уравнения общей теории относительности к космосу в целом. Интуитивное представление Эйнштейна, позволившее ему после десятилетия изумительных открытий успешно проникнуть в природу пространства, времени и материи, состояло в том, что объекты во Вселенной имеют начало, середину и конец, но сама Вселенная всегда была и всегда будет. Когда проведенный Леметром анализ уравнений Эйнштейна указал на иной вариант, Эйнштейн от него попросту отмахнулся, сказав молодому исследователю: «Ваши расчеты верны, но физика отвратительна»[34]. Этим Эйнштейн хотел подчеркнуть, что можно мастерски манипулировать уравнениями, но не обладать хорошим научным вкусом, позволяющим определить, какие из ваших математических манипуляций отражают реальность.

Несколькими годами позже Эйнштейн пошел на знаменитую научную «попятную». Тщательные наблюдения, проведенные астрономом Эдвином Хабблом в обсерватории Маунт-Вилсон, показали, что все отдаленные галактики находятся в движении. Все они уносятся прочь. Причем их бегство подчиняется закономерности: чем дальше находится галактика, тем выше ее скорость, что согласуется с математическим выводом из уравнений общей теории относительности. Теперь, когда данные поддержали «отвратительную физику Леметра», Эйнштейн целиком и полностью принял концепцию Вселенной, которая имеет начало2.

Инновационные расчеты Леметра и независимая от него работа русского физика Александра Фридмана заложили основы теоретической космологии. За прошедшее с тех пор столетие она проделала огромный путь, и в ее поддержку была собрана масса наблюдательных данных с наземных и космических телескопов. Выработанная в результате современная космологическая картина мира такова: примерно 14 млрд лет назад вся наблюдаемая Вселенная — все, что мы в состоянии увидеть при помощи самых мощных телескопов, которые только можно себе вообразить, — была втиснута в невообразимо горячее, невероятно плотное «зернышко», которое затем начало стремительно расширяться. Остывая по мере расширения, частицы постепенно замедляли свое лихорадочное движение и собирались в сгустки, из которых со временем сформировались звезды, планеты, всевозможные газообразные и каменные объекты, рассеянные по всему пространству, — и мы.

Это и есть, собственно, вся история, если в двух словах. Давайте рассмотрим ее чуть подробнее и разберемся, как без всякого разумного намерения или замысла, без расчета или оценки, без планирования или обсуждения космос порождает скрупулезно упорядоченные конфигурации частиц от атомов до звезд и жизни. Посмотрим, как появление таких упорядоченных структур сочетается со вторым началом термодинамики и его постулатом о неудержимом возрастании энтропии. Станем свидетелями энтропийного тустепа, исполняемого теперь на космологической сцене.

Для этого нам нужно получше разобраться в ряде деталей космологической картины мира. И прежде всего, что заставило изначальное «зерно» начать расширение? Или, проще говоря, что послужило пусковым механизмом Большого взрыва?

Отталкивающее тяготение

В любом языке существует множество антонимов, потому что наш опыт полон противоположностей. Физике тоже досталось: порядок и беспорядок, вещество и антивещество, положительный и отрицательный. Однако со времен Ньютона сила тяготения, кажется, не вписывалась в эту общую закономерность. В отличие от электромагнитной силы, которая может притягивать, а может и отталкивать, гравитация, казалось, умеет только притягивать. Согласно Ньютону, гравитация действует между объектами, будь то частицы или звезды, и заставляет их притягиваться друг к другу — но не наоборот. В отсутствие принципа, который требовал бы симметрии во всех механизмах природы, большинство из тех, кто глубоко задумывался о тяготении, рассматривали его односторонний характер как изначальную характеристику, которую необходимо просто принять. Эйнштейн изменил ситуацию. Согласно общей теории относительности, гравитация может быть отталкивающей. Ньютон не предвидел отталкивающего тяготения, и ни вы, ни я никогда такого не видели. Но отталкивающая гравитация делает ровно то, на что намекает ее название. Вместо стягивания вместе, она расталкивает наружу.

Согласно уравнениям Эйнштейна, большие комковатые штуки вроде звезд и планет испытывают на себе действие обычной притягивающей версии гравитации, но существуют экзотические ситуации, в которых сила тяготения может расталкивать объекты прочь друг от друга.

Хотя способность гравитационной силы работать на отталкивание была известна Эйнштейну, как и многим ученым, которые работали над общей теорией относительности после него, ее самое глубокое приложение было открыто более чем полвека спустя. Молодой исследователь Алан Гут понял, что отталкивающая гравитация в принципе могла бы разрешить одну ставящую в тупик космическую загадку. Наблюдения говорят нам, что Вселенная расширяется. Уравнения Эйнштейна с этим согласуются. Но уравнения умалчивали, какая сила миллиарды лет назад запустила процесс расширения. Проведенные Гутом подробные математические расчеты, кульминацией которых стала бессонная ночь в декабре 1979 г., полная лихорадочных вычислений, заставили эти уравнения заговорить.

Гут понял, что если некая область пространства заполнена особой субстанцией, которую мне нравится называть «космическим топливом»[35], и если энергия, содержащаяся в этом космическом топливе, равномерно распределена по этой области, — а не собрана в комок, как звезда или планета, — то результирующая гравитационная сила на самом деле получится отталкивающей. Точнее говоря, расчеты Гута показали, что если крохотная область пространства, возможно не превышающая по размеру одной миллиардной миллиардной миллиардной доли метра в поперечнике, заполнена определенным типом энергетического поля (называемого инфляционным полем) и если энергия в этой области распределена равномерно, как пар, плотность которого одинакова во всем объеме «сауны», то отталкивающая гравитация будет настолько сильна, что эта точка пространства начнет расширяться взрывным образом, почти мгновенно достигнув размеров наблюдаемой Вселенной, если не намного больших. То есть отталкивающая гравитация послужит причиной взрыва. Причем по-настоящему Большого взрыва[36].

В начале 1980-х гг. советский физик Андрей Линде и американский дуэт Пол Стейнхардт и Андреас Альбрехт приняли эстафету у Гута и развили концепцию, разработав первые жизнеспособные варианты инфляционной космологии. За прошедшие с тех пор несколько десятков лет эти первые работы вдохновили ученых на создание тысяч страниц изощренных математических расчетов и огромного количества подробных компьютерных моделей, наполнивших журналы всего мира разъяснениями и предсказаниями, сделанными на основе предположения об инфляционном прошлом Вселенной. Многие из этих предсказаний сегодня уже подтверждены скрупулезно точными астрономическими измерениями. Я не стану перечислять здесь все наблюдательные данные инфляционной космологии, подробно расписанные во множестве статей и книг, но опишу один успешный проект, который многие физики считают наиболее убедительным.

Кроме того, речь пойдет о вещах, которые потребуются нам при рассмотрении следующего этапа развертывания космоса — формирования звезд и галактик.

Послесвечение

По мере стремительного растягивания ранней Вселенной ее обжигающий жар распространялся все шире, постепенно снижая интенсивность и остывая[37]. Физики еще в 1940-е гг., задолго до появления инфляционной теории, поняли, что изначальный жар, уменьшенный пространственным расширением до мягкого свечения, должен и сегодня пронизывать Вселенную. Этот замечательный космологический пережиток, получивший название «реликтовое излучение» (или, на формальном языке физики, «космическое микроволновое фоновое излучение»), впервые зарегистрировали в 1960-е гг. исследователи Лаборатории Белла Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Их новейшая телекоммуникационная антенна незапланированно приняла пронизывающее пространство рассеянное излучение с температурой всего на 2,7° выше абсолютного нуля. Если в 1960-е гг. вы уже жили на свете, вы, возможно, тоже принимали это излучение. Часть шума, который в те годы можно было видеть на экране телевизора после окончания вещания, объяснялась именно этим пережитком Большого взрыва.

Инфляционная космология уточняет предсказание послесвечения с учетом квантовой механики — законов, разработанных в первые десятилетия XX в. для описания физических процессов, которые разыгрываются в микромире. Поскольку мы говорим обо всей Вселенной — а она большая, — вы можете подумать, что квантовая физика, сосредоточенная на всем маленьком, здесь ни при чем. И если бы не инфляционная космология, то ваша интуиция была бы совершенно права. Но как растягивание эластичного полотна дает возможность рассмотреть особенности переплетения его нитей, так и растягивание пространства в результате инфляционного взрывного расширения вскрывает квантовые черты, надежно скрытые в микромире. В сущности, инфляционное расширение проникает в микромир и растягивает квантовые черты буквально на все небо.

Самый значительный квантовый эффект — тот самый, с которого начался необратимый разрыв с классической традицией, — квантовомеханический принцип неопределенности. Этот принцип, открытый в 1927 г. немецким физиком Вернером Гейзенбергом, продемонстрировал, что в мире существуют такие величины — к примеру, координаты и скорость частицы, — которые, по твердому уверению классического физика образца Исаака Ньютона, можно определить с абсолютной точностью, но которые, по представлениям квантового физика, обременены квантовой расплывчатостью, делающей их неопределенными. Это как если бы классическая традиция рассматривала мир сквозь прозрачные полированные очки, которые приводят все физические черты к идеально резкому фокусу, тогда как очки, примеряемые в квантовой перспективе, страдают неустранимой мутностью. В крупных масштабах мира нашего обыденного опыта квантовый туман слишком разрежен, чтобы влиять на наше зрение, так что классическая и квантовая перспективы почти неразличимы. Но чем мельче зондируемые объекты, тем более мутными становятся квантовые линзы и тем более расплывчатым — вид.

После такой метафоры вы, может быть, подумаете, будто достаточно всего лишь протереть квантовые линзы. Но принцип неопределенности установил, что, как бы тщательно мы ни работали и какое бы новейшее оборудование ни использовали, всегда будет оставаться минимальная затуманенность, которую невозможно прояснить. Мало того, само мое описание выдает необъективность человеческого восприятия. Только в сравнении с заведомо неверной классической картиной — картиной, которую мы, люди, открыли первой, потому что она, с одной стороны, проще, а с другой — необычайно точна в доступном человеческим чувствам масштабе, — квантовая реальность кажется туманной. На самом деле именно классическая теория дает приближенное и, следовательно, неточное изображение истинной квантовой реальности.

Я не знаю, почему реальность управляется квантовыми законами. Никто этого не знает. Столетие экспериментов подтвердило целую гору квантово-механических предсказаний, именно поэтому ученые принимают данную теорию. Но, несмотря на это, для большинства из нас квантовая механика остается совершенно чуждой, потому что ее фирменные черты проявляются на расстояниях настолько незначительных, что мы просто не сталкиваемся с ними в повседневной жизни. Если бы сталкивались, то здравый смысл и интуиция формировались бы непосредственно квантовыми процессами и квантовая физика была бы нашей второй натурой. Как сейчас вы нутром чувствуете принципы Ньютоновой физики — например, можете быстро поймать падающий стакан, мгновенно представив себе его траекторию по Ньютону, — так же вы могли бы нутром чувствовать квантовую физику. Но, поскольку такой квантовой интуиции у нас нет, мы полагаемся на эксперимент и математику, которые и формируют наши представления, отражая те аспекты реальности, которые мы не можем воспринимать непосредственно.

Самый обсуждаемый пример, упоминавшийся выше, касается поведения частиц, где мы учимся подправлять четкие траектории, характерные для классической физики, наложением непрерывного мелкого дрожания от квантовой неопределенности. Когда частица перемещается из одной точки в другую, классический физик проведет ее траекторию остро заточенным пером, тогда как квантовый физик проведет по влажному чернильному следу пальцем и размажет путь[38].

Но применимость квантовой механики много шире, чем просто движение отдельных частиц; в космологии квантовый принцип неопределенности оказывает решающее влияние на инфляционное поле, питающее стремительное расширение пространства. Хотя я описывал инфляцию как однородную, то есть принимающую одно и то же значение во всех точках в пределах инфляционной области пространства, квантовая неопределенность размывает это утверждение. Неопределенность накладывает квантовую дрожь на классическую однородность, в результате чего величина поля, а следовательно и его энергия, оказывается здесь чуть выше, а там чуть ниже.

Когда инфляционное расширение стремительно растягивает эти крохотные квантовые отклонения энергии, они распространяются на все пространство, делая температуру чуть выше в одном месте и чуть ниже — в другом. Ненамного. Математические расчеты, впервые проведенные физиками в 1980-е гг., показали, что температуры горячих и холодных пятен должны отличаться всего на чуть-чуть, на одну стотысячную долю. Но математика также подсказала, что эти крохотные температурные вариации должны быть видимы, если знать, как их искать. Расчеты показали, что растянутая квантовая дрожь порождает в пространстве вполне различимый рисунок температурных вариаций — оставляет своеобразный космологический «отпечаток пальца», доступный для астрономической экспертизы. И в самом деле, с начала 1990-х гг. несколько телескопов, запущенных в космос, чтобы избежать искажений, вносимых земной атмосферой, один за другим подтвердили предсказанное распределение температурных вариаций со все возрастающей точностью.

Остановитесь на миг, чтобы осознать это. Физики описывают первые мгновения Вселенной при помощи уравнений Эйнштейна, доработанных с учетом предложенного Гутом гипотетического энергетического поля, заполняющего пространство и подчиняющегося принципу квантовой неопределенности, о котором мы узнали от Гейзенберга. Затем математические расчеты инфляционного взрыва показывают, что взрыв этот должен был оставить неуничтожимый отпечаток, «окаменелость» времен сотворения мира в виде специфического рисунка крохотных температурных вариаций на небе. Теперь же сложные термометры космического базирования, построенные спустя почти 14 млрд лет представителями биологического вида, только-только вступающего в период научной зрелости здесь, в Млечном Пути, зарегистрировали в точности этот рисунок.

Это впечатляющий успех, демонстрирующий уже в который раз поразительную способность математики выделять природные закономерности. Но было бы слишком смело называть эти наблюдения доказательством того, что взрыв инфляционного расширения действительно имел место. Когда речь идет о космологических событиях, происходивших миллиарды лет назад на энергетических масштабах, в миллионы миллиардов раз превосходивших, скорее всего, все, что мы можем получить и исследовать в лаборатории, лучшее, что мы можем сделать, — это собрать воедино наблюдения и расчеты, которые помогли бы нам укрепить уверенность в наших объяснениях. Если бы инфляционный взрыв был единственным способом интерпретировать космологические данные, то наша уверенность была бы ближе к убежденности, однако с годами изобретательные ученые разработали несколько альтернативных подходов (с одним из них мы встретимся в главе 10). Подводя итог, скажу, что моя точка зрения, разделяемая многими исследователями, состоит в том, что, хотя мы всегда должны быть открыты новым идеям, бросающим вызов преобладающим на данный момент взглядам, позиции инфляционной космологии, проработанные за последние 40 лет, очень и очень прочны[39]. И мы в нашем путешествии по большей части будем придерживаться инфляционного маршрута.

Теперь, после этого заявления, рассмотрим, как инфляционное начало уживается с движением к большему беспорядку, которое предписывается вторым началом термодинамики.

Большой взрыв и второе начало

Несмотря на столетия научного прогресса, мы ни на шаг не приблизились к ответу на вопрос, заданный в свое время Готфридом Лейбницем: «Почему существует нечто, а не ничто?». По отношению к этому вопросу мы находимся там же, где были, когда немецкий философ впервые сформулировал так лаконично квинтэссенцию загадки существования. Не то чтобы до него никто не предлагал креативных идей и провокационных теорий. Но, задавая вопрос изначального происхождения, мы хотим получить ответ, который не нуждался бы ни в какой предыстории, ответ, который не сдвигал бы вопрос на один шаг назад, ответ, который не вызывал бы следующих вопросов: «Почему все было именно так, а не этак?» или «Почему эти законы вместо тех?». Ни одно объяснение из всех, какие предлагались до сих пор, не смогло дать такой ответ — и даже близко к нему не подошло.

Инфляционная модель этого точно не сделала. Для инфляции требуется целый список ингредиентов, в который входят пространство, время, вызывающее расширение космическое топливо (инфляционное поле), а также весь технический аппарат квантовой механики и общей теории относительности; все это, в свою очередь, опирается на математику — от анализа функций многих переменных и линейной алгебры до дифференциальной геометрии. Нет никакого известного принципа, который выделял бы именно эти физические законы, сформулированные с использованием именно этих конкретных математических конструктов, и делал их неизбежной стартовой точкой для объяснения Вселенной. Вместо этого мы, физики, стараемся добиться того, чтобы наблюдения и эксперименты вкупе с трудноописуемым интуитивным математическим чутьем вели нас к конкретным физическим законам. Затем мы анализируем эти законы математически, чтобы определить, возможно ли такое состояние среды в первые мгновения существования Вселенной, которое могло бы запустить стремительное расширение пространства. Найдя такие условия, мы постулируем, что они имели место вблизи Большого взрыва, а затем определяем при помощи уравнений, что вслед за этим должно было произойти.

Это лучшее, что мы способны на настоящий момент сделать. И не спешите смеяться. Сегодня мы можем использовать математику для описания того, что, по нашим предположениям, происходило почти 14 млрд лет назад, и на основании этого успешно предсказывать, что теперь должны увидеть мощные телескопы, — от этого, согласитесь, захватывает дух. Конечно, серьезнейших вопросов здесь множество — что или кто создал пространство и время, что или кто наложил на все это связующую сеть математики, чему или кому мы обязаны тем, что что-то вообще существует, — но даже при том, что все они остаются без ответа, в наших представлениях о развертывании космоса произошел мощный прорыв.

Я собираюсь воспользоваться этим прорывом для того, чтобы понять, как Вселенная с ее все возрастающей энтропией, обреченная в дальнейшем на еще больший беспорядок, создает по пути огромное количество порядка. Не забывая об этой конечной цели, начнем с самого базового наблюдения, упоминавшегося в предыдущей главе. Если энтропия стабильно возрастает с момента Большого взрыва, то энтропия тогда, в момент взрыва, должна была быть намного ниже, чем сегодня[40].

Какой вывод мы должны из этого сделать?

К настоящему моменту вы, вероятно, привыкли пожимать плечами при виде высокоэнтропийной конфигурации — будь то монеты, давшие при броске случайную смесь орлов и решек, или равномерно заполняющий вашу ванную комнату пар, или ароматы, распространяющиеся по всему дому. Высокоэнтропийные конфигурации ожидаемы, обычны, заурядны. Но при виде низкоэнтропийной конфигурации вы понимаете, что реагировать следует иначе. Низкоэнтропийная конфигурация всегда особенна. Она необычна. Она требует объяснения, как в принципе могло возникнуть такое упорядоченное состояние.

В применении к ранней Вселенной эти соображения породили свою долю научного и философского заламывания рук. Посредством какой силы или какого процесса ранняя Вселенная приобрела эту низкую энтропию? Сто монет, упавшие орлами кверху, обладают низкой энтропией и все же допускают немедленное объяснение: вместо того чтобы бросать монеты на стол, кто-то аккуратно их разложил. Но чем или кем организована особая низкоэнтропийная конфигурация ранней Вселенной? Без полной теории космических истоков наука не сможет дать ответ на этот вопрос. Мало того, хотя этот вопрос часто не давал мне спать по ночам (буквально), наука до сих пор не определилась, стоит ли вообще о нем тревожиться. Отсутствие понимания, почему существует нечто, а не ничто, эквивалентно отсутствию средств определить, насколько это нечто на самом деле экзотично или, напротив, обычно. Чтобы оценить, заслуживает ли подробное описание свойств ранней Вселенной пожатия плечами или изумленной перепроверки, необходимо очертить процесс, посредством которого эти свойства были установлены.

Согласно одному из сценариев космологов, ранняя Вселенная была бурной и хаотичной средой, в результате чего величина инфляционного поля в разных точках пространства должна была испытывать дикие флуктуации, напоминающие собой поверхность кипящей воды. Чтобы сгенерировать отталкивающую гравитацию и запустить взрыв, нам нужна небольшая область пространства, в которой величина инфляции однородна (или почти однородна, с учетом квантовых флуктуаций). Но отыскать такую однородную область среди хаотических неровностей — все равно что вскипятить чан воды и отыскать на ее бурлящей поверхности плоский участок. Вы такого никогда не видели. Не потому, что это невозможно, а потому, что это чрезвычайно маловероятно. Чтобы все точки на кусочке поверхности бурлящей случайным образом воды в чане в какой-то момент оказались на одной и той же высоте, образовав плоскую упорядоченную, однородную низкоэнтропийную конфигурацию, потребовалось бы поразительное совпадение. Такое же поразительное совпадение потребовалось бы и для того, чтобы дико колеблющееся инфляционное поле приобрело, пусть даже в пределах маленькой области пространства, одинаковое значение. А без объяснения того, как возникла эта особая, упорядоченная, однородная низкоэнтропийная конфигурация, физики испытывают глубокое беспокойство[41].

Пытаясь избавиться от дискомфорта, некоторые исследователи полагаются на простое наблюдение: если ждать достаточно долго, случится даже самый невероятный из всех вариантов. Трясите и бросайте 100 монет раз за разом, и в конце концов у вас выпадет 100 орлов. Не стоит ждать такого результата с нетерпением, но когда-нибудь это произойдет. По аналогии можно утверждать, что в хаотичной среде, где величина инфляции бешено колеблется, рано или поздно — по чистой случайности — возникнет крохотная область, в которой случайные флуктуации, поднимающие величину поля здесь и опускающие там, выровняются, в результате чего поле станет одинаковым во всей области. Для этого требуется статистическая удача, которая приведет к большему порядку и, следовательно, более низкой энтропии, но иногда такое случается. Не часто. Но не беспокойтесь. Поскольку все эти махинации должны были происходить в доисторический период — до стремительного расширения пространства, которое мы называем Большим взрывом, — свидетелей у них не было, никто не наблюдал за процессом, сложа руки и постукивая ногой по полу в ожидании запуска процесса инфляционного расширения. Так что инфляционная прелюдия могла продолжаться сколько угодно, это не имеет значения. И только когда случился все же статистический выброс (возникла однородная область инфляционного поля), ситуация изменилась: сработал запал Большого взрыва, запустилось расширение пространства и началось космологическое представление.

Хотя все это не дает ответов на самые фундаментальные вопросы происхождения (пространства, времени, полей, математики и так далее), становится понятно, как хаотичная среда может породить особые, упорядоченные, однородные низкоэнтропийные условия, необходимые для инфляции. Когда крохотное зернышко пространства делает наконец статистически маловероятный прыжок к низкой энтропии, в дело вступает отталкивающая гравитация, которая превращает его в стремительно расширяющуюся Вселенную, — начинается Большой взрыв.

Это не единственная гипотеза того, как мог состояться Большой взрыв. Андрей Линде, один из пионеров инфляционной космологии, как-то пошутил, что на каждую тройку исследователей приходится по крайней мере девять мнений на этот счет[42]. Так что поиски более определенного ответа на вопрос о том, как небольшая область пространства стала однородно заполненной инфляционным полем, запустив таким образом взрыв расширения пространства, нам следует оставить для будущих исследований — теоретических и наблюдательных. Пока же просто будем считать, что ранняя Вселенная тем или иным способом перешла в такую высокоупорядоченную низкоэнтропийную конфигурацию, инициировав взрыв и дав нам таким образом возможность заявить, что остальное — история.

Отталкиваясь от этого момента, мы двинемся в путь и посмотрим, как упорядоченные структуры вроде звезд и галактик формируются во Вселенной, мчащейся навстречу своему все более беспорядочному будущему.

Происхождение материи и рождение звезд

За одну миллиардную миллиардной миллиардной доли секунды после Большого взрыва отталкивающая гравитация растянула крохотную область пространства необычайно сильно — возможно, до гораздо больших размеров, чем расстояние до самых далеких объектов, доступных для самых совершенных телескопов[43]. Пространство осталось заполненным инфляционным полем, но еще через крохотную долю секунды изменилось и это. Подобно энергии на поверхности расширяющегося мыльного пузыря, энергия в расширяющейся инфляционной области пространства держится на волоске. Она неустойчива. Как мыльный пузырь рано или поздно лопнет, превратив свою энергию в россыпь крохотных капелек мыльной воды, инфляционное поле со временем тоже «лопнуло» — разрушилось, превратив свою энергию в россыпь частиц.

Мы не знаем наверняка, какие это были частицы, но можем сказать с уверенностью, что это не были обычные составляющие вещества, которые изучают в старших классах школы. Но в течение всего нескольких минут по всему пространству прокатился каскад стремительных преобразований частиц: тяжелые частицы рассыпались на веер более легких, частицы с сильным сродством соединялись в тесные конгломераты; и в результате эта первичная баня превратилась в смесь протонов, нейтронов и электронов — строительных блоков знакомого нам вещества (и, что тоже вполне возможно, во множество других, более экзотических частиц, таких как темная материя, о чем свидетельствует долгая история астрономических наблюдений[44]).

Таким образом, через короткое время после Большого взрыва Вселенная оказалась заполнена горячим, почти однородным туманом из частиц — как знакомых нам, так и неизвестных, — носившихся по продолжающему расширяться пространству.

Я добавил к характеристике «однородный» оговорку «почти», потому что квантовые флуктуации инфляционного поля не только сформировали температурные вариации послесвечения Большого взрыва, но и гарантировали, что, когда инфляция спадет, концентрация образовавшихся частиц тоже будет слегка различаться в пространстве — чуть выше здесь, чуть ниже там и так далее. Эти вариации сыграют ключевую роль в том, что произойдет следом: в крайне важном процессе образования комковатых структур вроде звезд и галактик. Область, которая оказалась чуть плотнее соседних, становится источником чуть более сильного гравитационного притяжения и, соответственно, втягивает в себя чуть большую часть окружающих частиц. Так эта область становится еще плотнее, дает еще более сильное гравитационное притяжение и втягивает еще больше вещества. Возникает эффект снежного кома в отношении гравитации, в результате которого формируются комки вещества размером все больше и больше. Достаточно немного подождать, порядка сотен миллионов лет, и из гравитационных «снежных комьев» получатся агломерации частиц настолько массивные, настолько сжатые и настолько горячие, что в них запустятся ядерные процессы, породив таким образом звезды. Именно квантовая неопределенность, усиленная инфляционным растягиванием и сконцентрированная эффектом гравитационных «снежных комьев», привела к появлению тех светящихся точек, что усеивают ночное небо.

Вопрос теперь ставится следующим образом: как процесс формирования звезд, в ходе которого гравитация из беспорядочной, почти однородной бани частиц собирает упорядоченные астрофизические структуры, сочетается со вторым началом, утверждающим рост беспорядка? Для ответа нам необходимо рассмотреть чуть более тщательно различные пути, ведущие к более высокой энтропии.

Барьеры на пути к беспорядку

Когда ваш хлеб печется в духовке, высвобожденные из него частицы распространяются наружу, занимая все больший объем, так что их энтропия возрастает. Но, находясь в отдаленной спальне, вы не сразу ощутите аромат свежеиспеченного хлеба. Аромату требуется время, чтобы распространиться по всему дому. Придется ждать, пока ароматические молекулы проникнут наружу и образуют доступные высокоэнтропийные конфигурации. Это типичная ситуация.

Физические системы, как правило, не могут прыгнуть прямиком в конфигурацию с максимальной энтропией. Вместо этого, пока образующие систему частицы блуждают случайным образом, энтропия постепенно возрастает, стремясь к максимально возможной.

На пути к более высокой энтропии могут встретиться препятствия, замедляющие прогресс. Закройте поплотнее духовку и кухонную дверь — и вы затрудните распространение аромата, а следовательно, замедлите рост энтропии. Такие препятствия обусловлены вмешательством человека, но существуют и другие ситуации, в которых энтропийные препятствия возникают вследствие законов, управляющих ни много ни мало фундаментальными физическими взаимодействиями. В случае, который приключился со мной еще в детстве, также задействована духовка.

Однажды в четвертом классе я пришел домой из школы и решил разогреть остатки пиццы, которые обнаружил в холодильнике. Я поставил духовку на 200 °C, сунул пиццу на средний уровень и стал ждать. Примерно через десять минут я проверил, как идут дела, и с удивлением обнаружил, что пицца по-прежнему такая же холодная, какой была, когда я ее доставал из холодильника. Тогда до меня дошло: ручку включения газа я повернул, а зажечь духовку забыл. (У нашей скромной плиты, как у многих в то время, не было встроенной системы поджигания газа, так что при каждом включении газ необходимо было зажигать спичками.) Следуя процедуре, которую я сотни раз наблюдал в исполнении родителей, я наклонился к открытой духовке и чиркнул спичкой, собираясь сунуть ее в специальное небольшое отверстие. К этому моменту в духовке скопилось довольно много газа, и, когда я зажег спичку, газ взорвался. На меня ринулась стена пламени. Я плотно закрыл глаза, и огонь пронесся мимо меня, спалив брови, ресницы и оставив на лице и ушах ожоги второй и третьей степени. Непосредственный жизненный урок, который не забыли отметить мои родители и который существенно закрепили месяцы болезненного лечения, был сфокусирован на правильном использовании кухонной утвари. (Со временем я оправился, и теперь в нашей семье готовлю в основном я — хотя каждый раз, когда мои дети включают духовку, я испытываю мгновенный приступ тревоги.) Но более серьезный научный смысл урока заключается в том, что на пути к более высокой энтропии возможны препятствия, которые преодолимы только при помощи катализатора. Сейчас поясню.

Природный газ (в основном это метан, соединение углерода и водорода) может мирно сосуществовать с кислородом воздуха; молекулы того и другого газа смешиваются без каких бы то ни было последствий. Однако, по мере того как молекулы распространяются и перемешиваются, систему начинает все больше манить вполне определенная конфигурация с намного большей энтропией. Но этой конфигурации невозможно достичь, просто позволяя молекулам и дальше свободно рассредоточиваться. Эта более высокоэнтропийная конфигурация требует химической реакции. Не нужно разбираться в деталях, но позвольте мне кратко проговорить все это. Одна молекула природного газа может соединиться с двумя молекулами кислорода, и в результате получится одна молекула углекислого газа, две молекулы воды, а также — и это самое важное — порция энергии. Именно так на уровне молекул выглядит процесс горения природного газа.

Химическая реакция высвобождает энергию, запертую в тесных связях, которые удерживают атомы в молекуле. Что-то похожее происходит, когда лопаются туго натянутые резинки. В случае моего инцидента с духовкой этот обжигающий энергетический выброс — сильно возбужденные и быстро движущиеся молекулы — обжег мне лицо. Все это говорит нам, что путем высвобождения энергии, запасенной в упорядоченных химических связях, и превращения ее в хаотическое движение стремительно движущихся молекул подобные химические реакции дают резкое повышение энтропии.

Хотя подробности этого события относятся к ошибке конкретного ребенка, сам эпизод демонстрирует физический принцип, имеющий широкое применение. На энтропийной дороге могут встретиться «лежачие полицейские»: природный газ и кислород, оставленные в покое, не станут вступать в реакцию, не станут гореть и не достигнут сами принципиально возможной высокоэнтропийной конфигурации.

Эти химические компоненты могут преодолеть энтропийный барьер только с помощью катализатора, способного запустить реакцию. В моем случае таким катализатором стала горящая спичка. Маленькое пламя, которое четвероклассник получил, чиркнув спичкой, запустило эффект домино. Энергия пламени разорвала связи в некоторых молекулах природного газа, что позволило освобожденным атомам углерода и водорода соединиться с соседними атомами кислорода; при это высвободилась дополнительная энергия, которая разорвала новые связи в молекулах природного газа, и так далее — процесс пошел. Взрыв представлял собой каскад энергии, порожденной быстрой перестройкой химических связей.

Отметим, что химические связи основаны на электромагнитном взаимодействии. Положительно заряженные протоны притягивают отрицательно заряженные электроны (противоположные заряды притягиваются), скрепляя атомные составляющие в молекулярные союзы. Это означает, что энтропийный скачок от спокойного перемешивания газовых молекул к взрывному горению, порождаемому разрывом и формированием химических связей, тоже обусловливается электромагнитным взаимодействием. Так же обстоит дело и во многих других повышающих энтропию процессах, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни.

Здесь, на Земле, мы реже с этим встречаемся, но в эпизодах, которые раз за разом разыгрываются в космосе, движение к повышенной энтропии часто обусловлено другими природными взаимодействиями: гравитационным взаимодействием и ядерными взаимодействиями (сильное ядерное взаимодействие скрепляет атомное ядро, а слабое — порождает радиоактивный распад). И как мы только что видели в случае с электромагнитным взаимодействием, путь к более высокой энтропии, прокладываемый гравитацией и ядерными взаимодействиями, тоже не всегда бывает гладким. На этом пути могут обнаружиться барьеры, и часто они там действительно есть. То, как Вселенная преодолевает эти барьеры, — космический аналог моего чирканья спичкой — дело тонкое. Но это дело должно глубоко интересовать всех нас. К числу преходящих объектов, которые формируются в процессе движения Вселенной под управлением гравитации и ядерных взаимодействий к более высокой энтропии, относятся звезды и планеты, а здесь, на Земле, — жизнь. При всем своем великолепии эти упорядоченные структуры — рабочие лошадки природы, которыми пользуются гравитация и ядерные взаимодействия, чтобы продвигать космос к реализации его энтропийного потенциала.

Сосредоточимся для начала на гравитации.

Гравитация, порядок и второе начало

Сила всемирного тяготения, или гравитация, — слабейшее из природных взаимодействий, что очевидно из простейшей демонстрации. Возьмите в руку монету. Мышцы вашей руки при этом преодолели гравитационное притяжение всей Земли. Каким бы вы себя ни считали, спортивным или хилым, победа над тяготением целой планеты только подчеркивает имманентно свойственную гравитации слабость. Единственная причина, по которой мы вообще знаем о гравитации, — это ее кумулятивная природа: каждый кусочек Земли притягивает к себе каждый кусочек монеты, и каждый кусочек этой книги, и каждый кусочек вашего тела, а поскольку Земли суммарно довольно много, все эти силы складываются в ту самую направленную вниз силу, которую мы на себе ощущаем. Но гравитационное притяжение между двумя не столь крупными вещами, такими как два электрона, в миллион миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов раз слабее, чем их электромагнитное отталкивание.

Именно по причине имманентной слабости гравитации мы даже не упоминали ее при обсуждении энтропии. Если бы мы включили действие гравитации в повседневные ситуации, такие как распространение пара по вашей ванной или ароматов по всему дому, наш рассказ об энтропии практически не изменился бы. Разумеется, гравитация мягко тянет молекулы вниз, делая плотность пара возле пола чуть выше, но эффект этот настолько слаб, что для качественного понимания ситуации просто не имеет значения. Однако если перенести фокус внимания с повседневных процессов на астрономические, с участием гораздо большего количества вещества, то обнаружится глубоко значимое взаимовлияние между энтропией и гравитацией.

Следует признать, что идеи, которые я сейчас изложу, довольно сложны для понимания, поэтому не стесняйтесь пропустить часть текста и перейти сразу к следующему разделу, если в какой-то момент рассказ покажется вам слишком мудреным. Но и награда, если вы останетесь со мной, вас ждет стоящая: понимание того, как гравитация спонтанно лепит порядок из все более беспорядочного космоса.

Представьте космическую версию сценария с выпеканием хлеба. Вместо дома — громадный ящик, намного больше Солнца по размеру, плавающий в пустом пространстве. А вместо ароматов, просачивающихся из духовки, представьте, что в начальный момент в центре ящика имеется газовый шар (для определенности пусть это будет водород, простейший элемент Периодической системы), молекулы которого просачиваются наружу. По опыту общения с хлебным ароматом, плывущим по дому, мы ожидаем, что газ будет эволюционировать по направлению к большей энтропии — его молекулы будут распространяться и перемешиваться, пока равномерно не заполнят ящик. Но позвольте теперь немного поменять ситуацию. В отличие от примера с хлебом добавим в газовый шар так много молекул, чтобы гравитация между ними имела значение: гравитационное притяжение, испытываемое любой отдельно взятой молекулой и порождаемое совместным гравитационным притяжением каждой из громадного числа остальных газовых молекул, существенно влияет на движение молекулы. Как это повлияет на наш вывод?

Так вот, представьте себя на месте газовой молекулы, возглавляющей движение наружу. Когда вы улетаете из центрального скопления, вы чувствуете на себе притяжение всех остальных молекул, которое тянет вас назад. Сила тяготения замедляет вас. Более низкая скорость означает более низкую температуру. Так что по мере того, как газовое облако, расширяясь, увеличивает свой объем, температура ближе к его краям снижается (имейте это в виду). А теперь перейдем к точке зрения молекулы, расположенной ближе к центру облака. Будучи ближе, вы чувствуете намного более сильное притяжение в сравнении с предыдущим опытом на отдаленной границе облака. Мало того, если молекул будет достаточно, то совокупное гравитационное поле окажется достаточно сильным, чтобы вовсе не позволить вам двигаться наружу. Вместо этого вас потянет внутрь, так что вы начнете падать к центру газового облака, набирая скорость. Более высокая скорость означает более высокую температуру, так что по мере того, как гравитация заставляет ядро газового облака сжиматься, уменьшаясь в объеме, температура газа повышается.

В сравнении с ходом событий, ожидаемым нами при выпекании хлеба, — что газ со временем равномерно распространится по ящику и температура его тоже выровняется, — мы видим, что в случае, когда гравитация играет заметную роль, события разворачиваются совершенно иначе. В результате действия гравитации некоторые молекулы оказываются втянуты в горячую и плотную сердцевину, тогда как остальные продолжат дрейфовать наружу, в окружающую ее более прохладную и разреженную оболочку.

Этим скромным, на первый взгляд, наблюдением мы с вами открыли один из главнейших механизмов формирования порядка во Вселенной. Позвольте пояснить.

Признайтесь, вам ведь никогда не случалось взять в руку чашку с утренним кофе и обнаружить, что он горячее, чем был, когда вы его наливали? Это потому, что теплота всегда течет в направлении от большей температуры к меньшей, так что ваш горячий кофе передает часть своей теплоты более прохладной среде, в результате чего его собственная температура снижается[45]. В нашем большом облаке газа теплота тоже течет от горячей сердцевины к более прохладной окружающей ее оболочке. Теперь я не удивлюсь, если вы подумаете, что этот поток теплоты остудит сердцевину и нагреет оболочку, сблизив их температуры, примерно как теплота, переданная вашим кофе окружающему воздуху, остужает вашу чашку и сближает ее температуру с комнатной. Но — и это замечательно и необычайно важно — когда бал правит гравитация, все получается наоборот. По мере того как теплота утекает из ядра, оно становится горячее и оболочка остывает.

Безусловно, это противоречит нашим интуитивным представлениям, но для понимания этого утверждения достаточно, по существу, всего лишь соединить уже намеченные нами точки. По мере того как оболочка впитывает в себя теплоту, получаемую от ядра, эта дополнительная энергия заставляет облако еще больше увеличиться в объеме. Молекулам, движущимся наружу, приходится опять же преодолевать притягивающее действие гравитации, в результате чего они замедляются еще сильнее[46]. Суммарный эффект заключается в том, что температура расширяющейся оболочки снижается, а не повышается. И наоборот, по мере того как центральная часть, ядро, отдает теплоту, снижение величины энергии заставляет его сжиматься еще сильнее. Движущиеся внутрь молекулы летят туда же, куда тянет их гравитация, и набирают по ходу дела скорость, в результате чего температура сжимающегося ядра возрастает, а не убывает.

Если бы ваш кофе вел себя подобным образом, вам следовало бы пить его побыстрее. Чем дольше вы ожидали бы, тем больше теплоты он высвободил бы в окружающее пространство — и тем горячее стал. Для кофе такое поведение абсурдно. Но в газовом облаке, достаточно большом, чтобы доминирующую роль в нем играла гравитация, происходит именно это.

Задумайтесь на мгновение об этом выводе, и вы поймете, что мы столкнулись с самоусиливающимся процессом, сильно напоминающим то, что происходит с задолженностью по кредитной карте: чем больше вы должны, тем большие проценты вам начисляют и тем больше становится ваш долг, что заставляет всю эту ситуацию раскручиваться по спирали. По мере того как сердцевина газового облака сжимается, а ее температура растет, она начинает выделять в более прохладное окружение больше теплоты; это заставляет сердцевину сжиматься, а ее температуру — возрастать еще сильнее. В то же время теплота, полученная оболочкой, заставляет ее сильнее расширяться, и ее температура дополнительно снижается. Растущий температурный разрыв между ядром и оболочкой заставляет теплоту течь еще быстрее, и цикл идет по расширяющейся спирали.

Если исключить варианты с внешним вмешательством или изменением обстоятельств, такие самоусиливающиеся циклы идут беспрепятственно. При чрезмерном росте долга по кредитке вмешиваетесь вы, погашая задолженность или объявляя себя банкротом. В случае со сжатым ядром, которое становится все горячее и горячее, вмешивается природа с новым физическим процессом: ядерным синтезом. Когда совокупность атомов становится достаточно горячей и плотной, они сталкиваются с такой силой, что могут соединяться на более глубоком уровне, чем это происходит в ходе химических процессов, таких как горение природного газа. Если химическое горение — реакция, в которую вовлекаются окружающие атом электроны, то ядерный синтез — это реакция, при которой соединяются ядра в центрах атомов. При таком глубоком слиянии ядерный синтез генерирует большое количество энергии в форме быстрого движения частиц. Именно это быстрое тепловое движение порождает внутреннее давление, направленное наружу и способное скомпенсировать направленную внутрь силу тяготения. Таким образом, ядерный синтез останавливает сжатие. В результате возникает сконцентрированный, стабильный и устойчивый источник тепла и света.

Рождается звезда.

Чтобы оценить, как процесс формирования звезды сказывается на энтропийном итоге, сложим все составляющие. Как ядро газового облака, которое становится звездой, так и окружающая его газовая оболочка являются объектом двух конкурирующих энтропийных эффектов. Для ядра: температура растет, увеличивая энтропию, а объем снижается, понижая энтропию. Только тщательные вычисления[47] могут определить победителя; результат показывает, что падение превосходит рост, так что суммарная энтропия ядра снижается. Образование больших гравитационных сгустков, таких как звезды, — реальный шаг к большему порядку. Для окружающей ядро оболочки: объем растет, тем самым повышая энтропию, а температура снижается, тем самым понижая энтропию. Опять же, для определения победителя требуются подробные вычисления, результат которых показывает, что рост превалирует над снижением, так что суммарная энтропия оболочки растет. Что не менее важно, расчет устанавливает, что рост энтропии в оболочке превосходит падение энтропии в ядре, гарантируя, что весь процесс приводит к общему увеличению энтропии, заслужив тем самым одобрительный кивок от второго начала.

Эта цепочка событий, сильно идеализированная и упрощенная разумеется, показывает, как звезда — островок низкой энтропии, островок порядка — может образоваться спонтанно, хотя никакой инженер не управляет этим процессом и хотя второе начало термодинамики с его утверждением о непрерывном росте суммарной энтропии продолжает вовсю действовать. По сравнению с паровой машиной космический механизм довольно странный, однако то, что мы обнаружили, — это еще один пример энтропийного тустепа. Примерно как паровая машина и окружающая ее среда участвуют в термодинамическом танце (паровая машина выпускает излишек теплоты, что приводит к снижению энтропии, тогда как среда впитывает эту теплоту и повышает свою энтропию), так и газовое облако с гравитацией (облако достаточно большое, чтобы гравитация в нем играла существенную роль) исполняют аналогичное па-де-де. По мере того как ядро такого газового облака сжимается под действием тяготения, его энтропия снижается, но при этом оно высвобождает теплоту, под действием которого энтропия окружения возрастает. Возникает локальная область порядка в среде, которая переживает более значительный прирост беспорядка.

Новой чертой гравитационной версии энтропийного тустепа является то, что процесс этот самоподдерживающийся. По мере того как газовое облако сжимается и испускает теплоту, его температура растет, заставляя еще больше теплоты уходить наружу и обеспечивая продолжение танца. Напротив, когда паровая машина выполняет работу и испускает теплоту, ее температура падает. Без сжигания дополнительного топлива, способного вновь разогреть пар, машина останавливается. Вот почему для конструирования, постройки и поддержания работы паровой машины необходим разум, тогда как область порядка, созданную сжимающимся облаком газа, — звезду — лепит и заставляет работать неразумная гравитация.

Синтез, порядок и второе начало

Подведем некоторые итоги.

Если влияние гравитации минимально, второе начало толкает систему к однородности, объекты распределяются, энергия рассеивается, энтропия возрастает. И если бы это было все, то история Вселенной, от начала до конца, оказалась бы банальной. Но, если материи имеется достаточно, чтобы влияние гравитации стало значимым, второе начало радикально меняет курс и толкает систему прочь от однородности. Материя образует сгустки в одних местах и распределяется однородно в других. Энергия концентрируется в одних местах и рассеивается в других. Энтропия снижается в одних местах и повышается в других. Таким образом, способ, посредством которого выполняется директива второго начала, существенно зависит от силы тяготения. Когда тяготение достаточно — имеется необходимое количество существенно сконцентрированного вещества, — могут формироваться упорядоченные структуры. С учетом этого история развертывания Вселенной становится намного богаче.

Как уже описано, ведущую роль в этом процессе играет сила всемирного тяготения — гравитация. В сравнении с ней действие ядерной силы, ответственной за синтез, представляется откровенно вторичным. Ее работа, на первый взгляд, ограничивается вмешательством: именно ядерный синтез обеспечивает внутреннее давление, способное остановить коллапс под действием гравитации. Приблизительный итог, который ученые обычно озвучивают, таков: именно гравитация в конечном счете является источником любой структуры в космосе; роль ядерного взаимодействия при этом даже не упоминается. Но более честная оценка такова: существует равноправное партнерство между гравитацией и ядерным взаимодействием, когда они работают в паре ради выполнения программы второго начала.

Дело в том, что ядерное взаимодействие тоже участвует в энтропийном танце. При слиянии атомных ядер — как происходит в недрах Солнца, где ядра водорода сливаются в ядро гелия миллиарды и миллиарды раз в секунду, — результатом становится более сложный, более хитроумно организованный низкоэнтропийный атомный кластер. В ходе этого процесса некоторая часть массы первоначальных ядер превращается в энергию (как предписывает формула Е = mc^2), в основном в виде пучка фотонов, которые разогревают внутренность звезды и обеспечивают излучение света с ее поверхности. И именно при помощи этого раскаленного свечения, которое само представляет собой поток улетающих вовне фотонов, звезда отдает избыточную энтропию окружающей среде. В самом деле, примерно как мы обнаружили в случаях с паровой машиной и сжимающимся газовым облаком, рост энтропии среды более чем компенсирует снижение энтропии благодаря ядру с идущими в нем процессами синтеза и гарантирует, что суммарная энтропия растет, — и истинность второго начала не страдает.

Как природный газ и кислород нуждаются в катализаторе (скажем, чтобы я чиркнул спичкой) для начала химического горения, так и атомные ядра нуждаются в катализаторе для запуска реакции ядерного синтеза. Для звезд таким катализатором является не что иное, как гравитация, которая сдавливает вещество в ядре до тех пор, пока оно не становится достаточно горячим и плотным, чтобы запустилась реакция синтеза. Однажды начавшись, синтез может питать звезду миллиарды лет, без устали синтезируя сложные атомные ядра и одновременно извлекая недоступные в других условиях «залежи» энтропии, которую она излучает в окружающий мир с теплом и светом. И как мы будем говорить в следующей главе, эти продукты — сложные атомы и стабильный мощный световой поток — необходимы для формирования еще более разнообразных и хитроумных структур, включая меня и вас. Таким образом, хотя гравитация и играет жизненно важную роль в образовании звезд и поддержании стабильной звездной среды, но именно ядерное взаимодействие миллиарды лет находится на передовой и возглавляет энтропийную атаку. С этой точки зрения гравитация уже не главное действующее лицо, а лишь необходимый участник долговременного дуэта.

Результат, в антропоморфном изложении, состоит в том, что Вселенная умело использует гравитационные и ядерные силы для извлечения запасов нетронутой энтропии, запертой внутри ее материальных составляющих. Без гравитации частицы распределяются равномерно, как аромат по дому, достигая при этом наивысшего доступного уровня энтропии. Но с гравитацией частицы, сжатые в массивные и плотные шары, при поддержке ядерного синтеза делают ставки в энтропийной игре еще выше.

Этот вариант энтропийного тустепа, запущенный гравитацией и реализуемый средствами ядерной силы, материя исполняет повсеместно по всей Вселенной. Именно этот процесс, доминирующий в космической хореографии чуть ли не с момента Большого взрыва, привел к формированию огромного количества звезд — упорядоченных астрофизических структур, чьи теплота и свет, по крайней мере в одном случае, сделали возможным появление жизни. В таком развитии событий, как мы увидим в следующей главе, задействован своеобразный партнер энтропии — эволюция, — способный формировать самые утонченно сложные структуры во Вселенной.

4

Информация и жизнеспособность

От структуры к жизни

«Уважаемый профессор Шредингер, — начиналось скромное письмо 1953 г. от биолога Фрэнсиса Крика к Эрвину Шрёдингеру, одному из отцов-основателей квантовой механики и лауреату Нобелевской премии 1933 г. по физике, — однажды мы с Уотсоном говорили о том, как каждый из нас пришел в молекулярную биологию, и выяснили, что оба мы испытали на себе влияние вашей небольшой книжки "Что такое жизнь?"». После этого упоминания книги Шредингера Крик продолжает с едва сдерживаемым возбуждением: «Мы подумали, что вас, возможно, заинтересуют приложенные репринты статей — вы убедитесь, что ваш термин "апериодический кристалл", похоже, очень подойдет к случаю»[48].

Уотсон, которого упоминает Крик, — это, разумеется, Джеймс Уотсон, автор, наряду с Криком, еще не остывших после типографского пресса «приложенных оттисков». Среди них — научная статья, которой суждено было стать одной из самых знаменитых статей XX в. В опубликованном виде рукопись заняла бы меньше одной журнальной страницы, и все же этого оказалось достаточно, чтобы описать геометрическую форму ДНК — двойную спираль — и принести Крику и Уотсону, вместе с Морисом Уилкинсом из Королевского колледжа, Нобелевскую премию 1962 г.[49] Замечательно, что Уилкинс тоже признавался, что именно книга Шредингера зажгла в нем страстное желание определить молекулярную основу наследственности; по словам Уилкинса, «она привела меня в движение»[50].

Шредингер написал «Что такое жизнь?» в 1944 г. на основе серии публичных лекций, которые он прочел годом ранее в Дублинском институте перспективных исследований. Анонсируя лекции, Шредингер отметил, что тема сложна и что «лекции эти нельзя назвать популярными» — впечатляющая приверженность тщательной проработке темы даже ценой возможного уменьшения аудитории[51]. Несмотря на такое предупреждение, три пятницы подряд в феврале 1943 г., когда на континенте бушевала Вторая мировая война, аудитория из более чем 400 человек — включая премьер-министра Ирландии, различных известных людей и богатых светских тусовщиков — набивалась в лекционный зал на верхнем этаже серого каменного здания им. Дж. Фицджеральда в кампусе Тринити-колледжа, чтобы послушать, как родившийся в Вене физик пытается совладать с наукой жизни[52].

Задачей Шредингера, по его собственным словам, было продвинуться в поисках ответа на один-единственный главный вопрос: «Как физика и химия смогут объяснить те явления в пространстве и времени, которые происходят внутри живого организма?»[53] Или, вольно перефразируя: камни и кролики — это не одно и то же. Но чем они различаются? И почему? То и другое — громадный набор протонов, нейтронов и электронов, и все эти частицы (не важно, располагаются они в камне или в кролике) подчиняются одним и тем же законам физики. Что же такого происходит в теле кролика, что делает его набор частиц принципиально отличным от набора частиц, образующих камень?

Именно такой вопрос, по идее, и должен задать физик. Физики чаще всего редукционисты и потому стремятся искать в сложных явлениях объяснения, основанные на свойствах и взаимодействиях их простых составляющих. Если биологи часто определяют жизнь по главным ее действиям (жизнь поглощает сырье для обеспечения самоподдерживающихся функций, удаляет возникающие при этом отходы и в самых успешных случаях воспроизводит себя), то Шредингер искал ответ на вопрос «Что такое жизнь?», который пролил бы свет на фундаментальные физические механизмы жизни.

Притягательная сила редукционизма велика. Если бы мы могли понять, что оживляет набор частиц, какое молекулярное волшебство разжигает огонь жизни, мы тем самым сделали бы серьезный шаг к пониманию происхождения жизни и вездесущности — или уникальности — жизни в космосе. Сегодня, более чем полвека спустя, несмотря на колоссальные успехи физики и особенно молекулярной биологии, мы по-прежнему пытаемся найти ответы на вопрос Шредингера в разных вариантах. Если в разложении жизни (и материи в более общем случае) на составляющие ученые достигли впечатляющих успехов, то задача понимания того, откуда вдруг появляется жизнь, когда наборы этих составных частей организуются в некоторые конкретные конфигурации, по-прежнему пугающе трудна. Такой синтез — необходимый компонент редукционистской программы. В конце концов, чем с большим увеличением вы рассматриваете нечто живое, тем сложнее понять, что оно живет. Сосредоточьтесь на отдельной молекуле воды, или атоме водорода, или на отдельном электроне, и вы обнаружите, что ни один из этих объектов не несет на себе отметки, по которой можно понять, входит ли он в состав чего-то живого или мертвого, одушевленного или неодушевленного. Жизнь распознается по коллективному поведению, крупномасштабной организации, общей координации громадного числа составляющих объект частиц — даже одна-единственная клетка содержит более триллиона атомов. Пытаться разгадать тайну жизни, сосредоточив внимание на элементарных частицах, — все равно что слушать симфонию Бетховена последовательно, инструмент за инструментом и нота за нотой.

Сам Шредингер в своей первой лекции обратил внимание на это. Если тело или мозг могут быть повреждены неудачным движением одного-единственного атома или горстки атомов, то перспективы выживания этого тела или мозга будут весьма туманными. Чтобы избежать такой чувствительности, указал Шредингер, тела и мозги состоят из большого количества атомов, которые способны поддерживать собственную, в высшей степени скоординированную деятельность даже при том, что отдельные атомы случайным образом колеблются. Так что целью Шредингера было не обнаружить жизнь внутри отдельного атома, но построить на представлении об атомах физическое объяснение того, как большая их коллекция могла бы собраться в нечто живое. По его мнению, это должен быть обширный поиск, который, скорее всего, потребует от науки расширения базового набора концептуальных структур. Кстати, в эпилоге к книге «Что такое жизнь?», где речь шла о сознании, Шредингер сильно удивил (и потерял своего первого издателя), сославшись на древнеиндийские Упанишады и высказав предположение о том, что все мы являемся частью некоей «вездесущей, всепостигающей вечной души» и что свобода воли, которой мы все обладаем, отражает наши Божественные способности[54].

Хотя мое представление о свободе воли отличается от представления Шредингера (как мы увидим в главе 5), я разделяю его склонность объяснять все в широком контексте. Глубокие тайны требуют ясности, которую можно передать через набор вложенных историй. Склонны ли мы к редукционизму или эмерджентизму, к математике или образности, к науке или поэзии, но мы получаем наиболее полное представление о вопросе, когда рассматриваем его с нескольких различных точек зрения.

Вложенные истории

За последние несколько столетий физика собрала и довела до совершенства собственную коллекцию вложенных друг в друга историй, организованных в соответствии с масштабами, на которых каждая из них применима. Это главное в том подходе, который мы, физики, неустанно вдалбливаем своим студентам. Чтобы понять, как бейсбольный мяч, деформированный на мгновение молниеносным свингом Майка Траута, возвращается к первоначальной форме, необходимо проанализировать молекулярную структуру мяча. Именно на этом уровне бесчисленные микрофизические силы выталкивают обратно деформированную часть и посылают мяч в полет. Но молекулярная точка зрения никак не поможет вам разобраться в траектории мяча. Обработать огромный объем данных, необходимый для отслеживания движения триллионов триллионов молекул, когда мяч, вращаясь в полете, со свистом уносится за ограждение в левой части поля, совершенно немыслимо. Когда речь заходит о траектории, нужно убавить увеличение и перейти от молекулярной суеты к рассмотрению движения мяча как целого. Здесь следует рассказать связанную с первой, но отдельную историю более высокого уровня.

Этот пример иллюстрирует простое, но весьма и весьма значимое понимание: вопросы, которые мы задаем, определяют, какие именно истории обеспечат нам самые полезные ответы. Получается нарративная структура, которая опирается на одно из самых неожиданно благоприятных для нас качеств природы. На каждом масштабе Вселенная упорядочена. Ньютон ничего не знал о кварках и электронах, но, если бы вы сообщили ему скорость и направление полета мяча после контакта с битой Майка Траута, он рассчитал бы траекторию мяча, даже не просыпаясь. По мере развития физики после Ньютона мы получили возможность зондировать более тонкие структурные слои, и это очень существенно дополнило наши представления. Но описание ситуации на каждом уровне обладает осмысленностью само по себе. Если бы это было не так — если бы, к примеру, анализ движения бейсбольного мяча требовал разбора квантового поведения всех его частиц, — трудно представить, что мы смогли бы добиться хоть каких-нибудь успехов. Принцип «Разделяй и властвуй» давно стал боевым кличем физики, и эта стратегия привела нас к поразительным результатам.

Не менее важная задача — собрать отдельные истории в цельный нарратив. Для физики частиц и полей такой синтез в самом продвинутом его виде осуществил Кен Уилсон, что принесло ему Нобелевскую премию 1982 г.[55] Уилсон разработал математический алгоритм анализа физических систем на целом ряде пространственных масштабов — от расстояний намного меньших, скажем, чем те, что исследует Большой адронный коллайдер, до существенно больших атомных расстояний, доступных уже на протяжении 100 с лишним лет, — и последующего систематического соединения всех историй с прояснением того, как каждая из них передает «обязанность» ведения нарратива следующей, когда масштаб событий уходит за пределы ее владений. Метод ренормализационной группы лежит в основе современной физики. Он показывает, как язык, концептуальные рамки и уравнения, используемые для анализа физики на одном масштабе, должны изменяться, когда мы переносим внимание на другой масштаб.

Воспользовавшись этим методом для проработки ключевого набора различных описаний и обозначив, как каждое из них передает информацию соседним, физики получили детальные предсказания, нашедшие подтверждение в огромном количестве экспериментов и наблюдений.

Хотя методика Уилсона скроена под математические инструменты современного специалиста по физике элементарных частиц высоких энергий (квантовая механика и ее обобщение, квантовая теория поля), самое общее представление о ней находит широкое применение. Существует много способов познания мира. В традиционной структуре естественных наук физика имеет дело с элементарными частицами и различными их объединениями, химия — с атомами и молекулами, а биология — с жизнью. Такая категоризация действует и сегодня, хотя во времена моего студенчества она была намного заметнее; она дает разумное, хотя и грубое, деление наук по масштабу. Однако чем глубже проникают исследователи, тем яснее понимают, как важно разобраться в стыках между дисциплинами. Естественные науки нераздельны. А когда фокус смещается от просто жизни к жизни разумной, на передний план выходят и другие пересекающиеся дисциплины — язык, литература, философия, история, искусство, миф, религия, психология и так далее. Даже непоколебимый редукционист понимает, что, какой бы бессмысленной ни казалась попытка объяснить траекторию бейсбольного мяча в терминах молекулярного движения, еще бессмысленнее было бы привлекать такой микроскопический подход для объяснения того, что чувствует бьющий, когда питчер сделал замах, зрители на трибунах взревели, а мяч стремительно летит. Здесь, напротив, много уместнее будут высокоуровневые истории, рассказанные на языке человеческой рефлексии. Тем не менее — и это ключевой момент — такие уместные истории, рассказываемые на человеческом уровне, должны быть совместимы с редукционистским описанием. Мы — физические существа и подчиняемся физическим законам. Поэтому вряд ли будет какая-то польза от того, что физики объявят свою исследовательскую позицию главной в деле объяснения мира или что гуманитарии станут насмехаться над гордыней буйного редукционизма. Точное представление можно получить путем объединения историй всех научных дисциплин в единый цельный нарратив[56].

В этой главе мы остаемся на позициях редукционизма, учитывая, что в последующих главах будем исследовать жизнь и разум, дополнив его позицией человеческого восприятия. Здесь мы поговорим о происхождении атомных и молекулярных ингредиентов, необходимых для жизни, об одной конкретной среде «Земля — Солнце», в которой эти ингредиенты смешались как раз так, как нужно для возникновения и расцвета жизни; также, рассмотрев некоторые поразительные микрофизические структуры и процессы, общие для всего живого[57], поговорим о глубоком единстве жизни на Земле. Хотя мы не сможем ответить на вопрос о происхождении жизни (это по-прежнему загадка), мы увидим, что вся жизнь на Земле берет начало от общего одноклеточного предкового вида, что четко определяет вопрос, на который наука о происхождении жизни должна будет в конечном итоге ответить. В результате мы придем к рассмотрению жизни в имеющей широчайшее применение термодинамической перспективе, проработанной в предыдущих главах; нам станет ясно, что все живое находится в глубоком родстве не только между собой, но также со звездами и паровыми машинами: жизнь — это еще одно средство, при помощи которого Вселенная высвобождает энтропийный потенциал, запертый в веществе.

Моя цель — не продемонстрировать энциклопедические знания, но привести достаточно подробностей, чтобы вы могли ощутить ритмы природы, резонансные закономерности, разворачивающиеся во Вселенной с момента Большого взрыва до возникновения и развития жизни на Земле.

Происхождение элементов

Измельчите любой объект, бывший прежде живым, распотрошите его сложную молекулярную «машинерию» — и вы обнаружите в избытке шесть типов атомов, всегда одних и тех же: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и серу. Откуда берутся эти необходимые для жизни атомные ингредиенты? Ответ на этот вопрос представляет одну из величайших историй успеха современной космологии.

Рецепт построения любого атома, каким бы сложным он ни был, достаточно прост. Соедините нужное число протонов с нужным числом нейтронов, сожмите их в плотный шар (ядро), окружите электронами в количестве, соответствующем числу протонов, и запустите электроны по конкретным орбитам, предписанным квантовой физикой. Вот и все. Проблема в том, что составные части атома, в отличие от деталей конструктора Лего, невозможно просто щелчком поставить на место. Они сильно притягивают и отталкивают друг друга, делая сборку ядра сложной задачей. Протоны, в частности, обладают одинаковым положительным электрическим зарядом, поэтому требуются огромные давление и температура, чтобы сжать их вопреки взаимному электромагнитному отталкиванию и сблизить в достаточной мере, чтобы главенствующую роль взяло на себя сильное ядерное взаимодействие, которое сможет соединить их в мощных субатомных объятиях.

Невообразимые условия, царившие сразу после Большого взрыва, превосходили по своей экстремальности все, что случилось позже, и поэтому тогдашняя среда представляется вполне подходящей для преодоления электромагнитного отталкивания и сборки атомных ядер. Вы могли бы предположить, что в невероятно плотном и энергичном бульоне из сталкивающихся протонов и нейтронов всевозможные агломерации и должны были формироваться естественным образом, выстраивая таблицу Менделеева один атомный номер за другим. Именно такую гипотезу предложили в конце 1940-х гг. Георгий Гамов (бывший советский физик, который в ходе первой попытки побега из СССР в 1932 г. собирался пересечь Черное море на каяке, набитом преимущественно кофе и шоколадом) и его аспирант Ральф Альфер.

Отчасти они были правы. Одна проблема, которую видели Гамов и Альфер, состояла в том, что температура Вселенной в первые мгновения ее существования была слишком высока. Пространство кишело необычайно энергичными фотонами, которые разнесли бы любые возникающие объединения протонов и нейтронов. Но — и это они тоже понимали — всего примерно минуты на полторы позже (а полторы минуты — это большое время, когда речь идет об ураганной скорости, с которой развивалась новорожденная Вселенная) ситуация изменилась. К тому моменту температура значительно упала, так что энергия типичного фотона уже не превосходила по величине сильное ядерное взаимодействие, что позволило наконец образовавшимся союзам протонов и нейтронов уцелеть.

Вторая проблема, проявившаяся позже, состояла в том, что построение сложных атомов — процесс тонкий и требует времени. Для него необходима очень конкретная серия последовательных шагов, при которых предписанные количества протонов и нейтронов сплавляются вместе в различных сочетаниях, затем эти сгустки должны случайно встретиться с вполне конкретными дополняющими их сгустками, слиться с ними и так далее. Как в сложном гурманском рецепте, важен в том числе и порядок, в котором ингредиенты соединяются между собой. Еще более хитроумным этот процесс становится из-за того, что некоторые промежуточные комбинации нестабильны, то есть после образования склонны быстро распадаться, расстраивая все кулинарные приготовления и замедляя атомный синтез. Эта задержка очень важна, так как неуклонное падение температуры и плотности по мере стремительного расширения ранней Вселенной означает, что окно возможностей для синтеза быстро закрывается. Примерно через десять минут после творения температура и плотность падают ниже порога, необходимого для ядерных процессов[58].

Когда эти соображения переводят в количественный вид, начало чему положил еще Альфер в своей диссертации, а продолжили многие другие исследователи, то выясняется, что непосредственным следствием Большого взрыва мог стать синтез лишь нескольких видов атомов. Математика позволяет нам подсчитать их относительную распространенность после этого: около 75 % водорода (один протон), 25 % гелия (два протона, два нейтрона) и следовые количества дейтерия (тяжелая форма водорода с одним протоном и одним нейтроном), гелия-3 (легкая форма гелия с двумя протонами и одним нейтроном) и лития (три протона, четыре нейтрона)[59]. Тщательные астрономические наблюдения дают в точности такую же оценку распространенности атомов, что можно считать триумфом математики и физики в подробном прояснении процессов, происходивших в первые минуты после Большого взрыва.

А что же с более сложными атомами вроде тех, что необходимы для жизни? Предположения об их происхождении начал высказывать еще в 1920-е гг. британский астроном сэр Артур Эддингтон (он прославился тем, что на вопрос, каково быть одним из всего трех человек, понимающих общую теорию относительности Эйнштейна, ответил: «Я пытаюсь понять, кто же здесь третий») наткнулся на верную идею: раскаленное нутро звезд могло, в принципе, стать космической «медленноваркой» для неспешного приготовления атомов более сложных видов. Это предположение прошло через руки многих блестящих физиков, включая нобелевского лауреата Ханса Бете (мой первый кабинет на кафедре располагался по соседству с его кабинетом, и я мог проверять часы по его совершенно неизменному роскошному чиху в четыре часа пополудни) и косвенным образом Фреда Хойла (в 1949 г. в радиопрограмме Би-би-си он пренебрежительно упомянул об образовании Вселенной за «один большой взрыв», пустив, сам того не желая, в обращение один из самых емких научных терминов[60]), в результате чего предположение превратилось в зрелый и предсказательный физический механизм.

В сравнении с безумной скоростью изменений сразу после Большого взрыва звезды обеспечивают стабильную среду, способную оставаться неизменной миллионы, если не миллиарды лет. Нестабильность некоторых конкретных промежуточных комочков замедляет конвейер синтеза и в звездах тоже, но, когда вы никуда не спешите и времени достаточно, работа все же может быть сделана. Так что, в отличие от ситуации с Большим взрывом, процесс ядерного синтеза в звездах далеко не заканчивается на слиянии водорода с образованием гелия. Звезды, которые достаточно массивны, продолжают сжимать ядра, вынуждая их сливаться с образованием более сложных атомов Периодической системы и выделением в ходе этого процесса значительных количеств теплоты и света. К примеру, звезда, в 20 раз превосходящая Солнце по массе, первые 8 млн лет своего существования будет заниматься синтезом гелия из водорода, а следующий миллион лет посвятит синтезу углерода и кислорода из гелия. После этого — а температура в ядре звезды поднимается еще выше — конвейер непрерывно ускоряется: звезде требуется около тысячи лет, чтобы сжечь свой запас углерода, синтезируя из него натрий и неон; следующие полгода дальнейший синтез производит магний; еще месяц идет синтез серы и кремния; а затем всего за десять дней реакции синтеза сжигают оставшиеся атомы, давая на выходе железо[61].

Мы сделали остановку на железе не просто так. Из всех видов атомов именно в железе протоны и нейтроны связаны между собой наиболее прочно. Это важно. Если вы попытаетесь строить еще более тяжелые атомы, заталкивая в ядра железа дополнительные протоны и нейтроны, то обнаружите, что ядра железа не проявляют готовности к объединению. В крепких ядерных объятиях ядра железа удерживается 26 протонов и 30 нейтронов, уже сжатых до предела и высвободивших по пути столько энергии, сколько было физически возможно. Чтобы добавить к ним еще несколько протонов и нейтронов, потребуется приток — а вовсе не отвод — энергии. В результате, когда мы добираемся до железа, звездный синтез и упорядоченное производство все более тяжелых и сложных атомов с попутным выделением теплоты и света останавливается. Как пепел, оставшийся в топке вашего камина, железо уже не может гореть.

А как же тогда все остальные виды атомов с еще более крупными и тяжелыми ядрами, включая и такие полезные в хозяйстве элементы, как медь, ртуть и никель, и такие нежно любимые серебро, золото и платину, и такие экзотически тяжеловесные, как радий, уран и плутоний?

Ученые обнаружили два источника этих элементов. Когда ядро звезды в основном уже превратилось в железо, реакции синтеза перестают излучать направленную вовне энергию — и обеспечивать давление, необходимое для противодействия силе тяжести. Начинается коллапс звезды. Если звезда достаточно массивна, коллапс ускоряется и превращается в имплозию — направленный внутрь взрыв, настолько мощный, что температура ядра стремительно подскакивает; схлопывающееся вещество отскакивает от ядра и порождает мощнейшую ударную волну, которая уносится наружу. А пока эта ударная волна несется от ядра звезды к ее поверхности, она так яростно сжимает ядра, встретившиеся на ее пути, что формируется целая уйма более крупных ядерных образований. В неистовом круговороте хаотического движения частиц могут синтезироваться все тяжелые элементы таблицы Менделеева, а когда ударная волна достигает наконец поверхности звезды, то эта густая атомная мешанина выплескивается в пространство.

Вторым источником тяжелых элементов являются яростные столкновения нейтронных звезд — небесных тел, которые образуются в предсмертных конвульсиях звезд, масса которых приблизительно в 1030 раз больше массы Солнца. То, что нейтронные звезды состоят в основном из нейтронов — частиц-хамелеонов, способных превращаться в протоны, — благоприятствует строительству атомных ядер, поскольку нужный строительный материал всегда оказывается под рукой в изобилии. Однако существует и препятствие: чтобы образовать атомные ядра, эти нейтроны должны освободиться от мощной гравитационной хватки звезды. Именно здесь пригождается столкновение нейтронных звезд. При ударе в пространство могут быть выброшены целые фонтаны нейтронов, которые, не имея электрического заряда, не испытывают электромагнитного отталкивания и потому легче объединяются в группы. А после того как некоторые из этих нейтронов, изменив, как хамелеоны, зарядный окрас, станут протонами (высвободив при этом электроны и антинейтрино), мы получаем запас сложных атомных ядер. В 2017 г. столкновения нейтронных звезд перестали быть игрушкой теоретиков и перешли в разряд наблюдаемых фактов: исследователи зарегистрировали гравитационные волны, генерируемые таким столкновением (их обнаружили вскоре после самой первой регистрации гравитационных волн, порожденных столкновением двух черных дыр). Шквал аналитических работ установил, что столкновения нейтронных звезд производят тяжелые элементы более эффективно и обильно, чем взрывы сверхновых, так что вполне возможно, что большая часть тяжелых элементов во Вселенной появилась на свет в результате именно этих астрофизических катастроф.

Ассорти из атомов различных видов, синтезированных в звездах и извергнутых при взрывах сверхновых или выброшенных при столкновениях звезд и соединившихся уже в фонтанах частиц, плавает по пространству, где скручивается вместе и объединяется в большие облака газа, которые еще через какое-то время заново слепляются в звезды и планеты, а в конечном итоге — и в нас с вами. Так образуются ингредиенты, из которых состоит все без исключения, с чем вы когда-либо сталкивались.

Происхождение Солнечной системы

Солнце, возраст которого чуть больше 4,5 млрд лет, может считаться новичком в космосе. В первом поколении звезд нашей Вселенной его не было. В главе 3 мы видели, что звезды-пионеры родились из квантовых вариаций плотности вещества и энергии, которые инфляционное расширение растянуло по пространству. Компьютерное моделирование этих процессов показывает, что первые звезды зажглись примерно через 100 млн лет после Большого взрыва и их выход на космическую сцену был далек от изящества. Первые звезды, скорее всего, были огромными, в сотни или даже тысячи масс Солнца, и горели с такой интенсивностью, что быстро вымерли. Жизнь самых тяжелых из них закончилась в гравитационном коллапсе настолько мощном, что они коллапсировали сразу в черные дыры — исключительное состояние материи, которое станет главной темой нашего разговора позже. Менее массивные ранние звезды закончили жизнь в неистовых взрывах сверхновых, которые не только засеяли пространство сложными атомами, но и запустили следующий раунд звездообразования. Примерно как ударная волна сверхновой, прорываясь сквозь звезду, принуждает к слиянию составляющие ее атомы, так ударная волна в пространстве сжимает встречные на пути молекулярные облака. А поскольку сжатые области становятся плотнее, они начинают сильнее притягивать окружающее вещество, втягивая в себя еще больше частиц и запуская новый раунд образования гравитационных «снежков» на пути к следующему поколению звезд.

На основе состава Солнца — количества содержащихся в нем тяжелых элементов, определенного при помощи спектроскопических измерений, — специалисты по физике Солнца считают наше светило внуком первых звезд Вселенной, звездой третьего поколения. А вот в вопросе о том, где первоначально оно сформировалось, остается много неясностей. Один из кандидатов, которые изучаются в настоящее время, — область, известная как М 67, расположенная примерно в 3000 световых лет от нас и содержащая скопление звезд, схожих, судя по всему, с Солнцем по химическому составу, что может свидетельствовать о близком семейном родстве. Проблема, решения которой до сих пор нет, — объяснить, как Солнце и планеты Солнечной системы (или протопланетный диск, из которого эти планеты должны были впоследствии сформироваться) могли извергнуться из этих отдаленных «звездных яслей» и мигрировать в наши края. При этом некоторые исследования потенциальных траекторий указывают, что шансов на то, что именно М 67 окажется местом рождения Солнца, практически нет, тогда как другие, с привлечением различных предположений, выдают более обнадеживающие результаты[62].

С несколько большей уверенностью мы можем сказать, что примерно 4,7 млрд лет назад ударная волна какой-то сверхновой, вероятно, пропахала облако, содержавшее водород, гелий и небольшие количества более сложных атомов; она сжала часть облака, которая став более плотной, чем ее окружение, начала сильнее притягивать все вокруг и втягивать в себя вещество. Следующие несколько сотен тысяч лет эта область газового облака продолжала сжиматься, вращаясь поначалу медленно, а затем быстрее, подобно грациозной фигуристке, прижимающей к себе руки при вращении. И как вращающаяся фигуристка испытывает на себе действие центробежной силы (которая растягивает в стороны детали ее костюма), так и вращающееся облако, которое расправило и сплюснуло свои внешние области и превратилось во вращающийся диск, окружающий небольшую сферическую область в его центре. Затем, в течение следующих 50-100 млн лет, газовое облако демонстрировало медленное и плавное исполнение гравитационного энтропийного тустепа, о котором говорилось в главе 3: гравитация сжимала сферическое ядро, которое становилось все горячее и плотнее, тогда как окружающее вещество остывало и становилось менее плотным. Энтропия ядра снижалась; энтропия внешней части отвечала на это снижение более чем компенсирующим повышением. В конечном итоге температура и плотность ядра преодолели порог, необходимый для запуска ядерного синтеза.

Так родилось Солнце.

В следующие несколько миллионов лет обломки, оставшиеся от формирования Солнца и суммарно составлявшие всего лишь несколько десятых долей процента от первоначального вращающегося диска, образовали множество гравитационных «снежных комьев» и соединились затем в планеты Солнечной системы. Более легкие и летучие вещества (такие как водород и гелий, а также метан, аммиак и вода, которые были бы разрушены интенсивным излучением Солнца) аккумулировались преимущественно в более прохладных внешних областях Солнечной системы, где образовали газовые гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Более тяжелые и устойчивые компоненты (такие как железо, никель и алюминий, способные лучше противостоять более горячей среде ближе к Солнцу) соединились в менее крупные силикатные, то есть каменные, внутренние планеты — Меркурий, Венеру, Землю и Марс. Будучи куда меньше и легче Солнца, планеты способны удерживать собственный скромный вес за счет изначально свойственного их атомам сопротивления сжатию. Температура ядра и давление внутри планет поднялись, но нигде даже близко не подошли к уровню, необходимому для запуска ядерного синтеза, в результате чего на планетах возникла относительно умеренная среда, за которую жизнь — наверняка наша форма жизни и, возможно, вся жизнь во Вселенной — должна быть Вселенной очень и очень благодарна.

Юная Земля

Первые полмиллиарда лет существования Земли называют гадейским эоном[63] в честь греческого бога подземного царства, ассоциируя Аида (Гадеса) с адской эпохой беснующихся вулканов, потоков расплавленных горных пород и густых токсичных паров серы и цианида. Но теперь некоторые ученые подозревают, что в качестве законодателя мод для юной Земли Посейдон, вполне возможно, подошел бы лучше. Аргументом в пользу этого радикального и пока довольно спорного пересмотра служат всего лишь крохотные пылинки. Хотя образцов горных пород с тех давних времен у нас нет, исследователи сумели распознать древние прозрачные пылинки — цирконовые кристаллы, которые сформировались, когда расплавленная лава юной Земли остыла и затвердела. Цирконовые кристаллы, как выясняется, играют решающую роль в понимании раннего развития Земли, потому что они не только практически неуничтожимы и способны выдержать миллиарды лет геологических пертурбаций, но и работают как миниатюрные капсулы времени. При формировании цирконовые кристаллы захватывают из окружающей среды образцы молекул, которые мы можем датировать стандартным методом по радиоактивным изотопам. Тщательный анализ посторонних примесей в цирконовых кристаллах позволяет представить условия на архаичной Земле.

В Западной Австралии обнаружены цирконовые кристаллы, возраст которых составляет 4,4 млрд лет, всего на пару сотен миллионов лет меньше возраста самой Земли и Солнечной системы. Проанализировав подробно их состав, исследователи высказали предположение, что условия в этой немыслимой древности, возможно, были намного более умеренными, чем считалось ранее. Вполне возможно, что ранняя Земля представляла собой относительно спокойный водный мир, где небольшие участки суши усеивали в основном покрытую океаном поверхность[64].

Все это ни в коем случае не означает, что история Земли была совершенно лишена драматических и яростных моментов. Примерно через 50-100 млн лет после рождения Земля, скорее всего, столкнулась с планетой размером с Марс, которую мы называем Тейя; подобное столкновение должно было испарить земную кору, уничтожить Тейю и выбросить облако пыли и газа на тысячи километров в космос. Со временем этому облаку предстояло сжаться под действием гравитации и образовать Луну — один из крупнейших спутников планет в Солнечной системе и еженощное напоминание об этой неистовой встрече. Еще одно напоминание о ней — времена года. У нас жаркое лето и холодная зима потому, что из-за наклона оси вращения угол падения солнечного света на Землю меняется; лето — это период более прямого падения лучей, а зима — косого падения. А вероятная причина наклона Земли — столкновение с Тейей. Кроме того, хотя, конечно, эти события не были столь впечатляющими, и Земля, и Луна переживали периоды серьезной бомбардировки не такими большими метеоритами. На Луне нет ветров, вызывающих эрозию, поэтому ее неподвижная кора сохранила эти шрамы, но на самом деле бомбардировка Земли, не так заметная сегодня, была не менее суровой. Возможно, некоторые ранние столкновения частично или даже полностью испаряли всю воду на поверхности Земли. Несмотря на это, «цирконовый архив» свидетельствует о том, что за несколько сотен миллионов лет после образования Земля, скорее всего, остыла в достаточной степени, чтобы атмосферный пар выпал на поверхность дождями, наполнил океаны и образовал ландшафт, который не так уж сильно отличается от той Земли, что мы знаем сегодня. Таков по крайней мере один из выводов, основанных на изучении этих кристаллов.

Время, которое потребовалось, чтобы Земля остыла и покрылась большим количеством воды (сотни миллионов лет или намного больше), служит предметом нескончаемых споров, поскольку это имеет непосредственное отношение к вопросу о том, в какой момент геологической истории Земли на ней впервые появилась жизнь. Утверждение, что где жидкая вода — там жизнь, было бы слишком сильным, но мы можем сказать с достаточной долей уверенности, что там, где нет жидкой воды, нет и жизни — по крайней мере, такой жизни, с которой мы знакомы.

Давайте разберемся почему.

Жизнь, квантовая физика и вода

Вода входит в число самых знакомых нам и при этом наиболее значимых веществ в природе. Ее молекулярная формула H_2O стала для химии тем, чем эйнштейновская формула E = mc^2 является для физики, — самой знаменитой формулой в соответствующей области науки. Отталкиваясь от этой формулы, мы получили представление об отличительных свойствах воды и выработали кое-какие ключевые идеи по выполнению программы Шредингера по изучению жизни на уровне физики и химии.

К середине 1920-х гг. многие ведущие физики мира почувствовали, что общепринятый порядок оказался на грани радикальных перемен. Ньютоновы идеи, предсказательные возможности которых в отношении движения планет по орбитам и летающих камней столетиями задавали золотой стандарт точности в физике, отказывались служить, когда речь заходила о крохотных частицах, таких как электроны. По мере того как из микромира поступали новые странные факты, спокойные воды Ньютоновых представлений становились все менее надежными. Уже вскоре физикам пришлось изо всех сил бороться, чтобы только оставаться на плаву. Жалоба Вернера Гейзенберга, которую он пробормотал про себя, когда бесцельно гулял по пустому парку в Копенгагене после тяжелой ночи интенсивных расчетов в компании Нильса Бора, хорошо описывает ситуацию: «… действительно ли природа может быть такой абсурдной, какой она предстает перед нами в этих атомных экспериментах?»[65] Ответ — решительное «да» — пришел в 1926 г. от скромного немецкого физика Макса Борна, который, чтобы преодолеть концептуальный затор, ввел принципиально новую квантовую парадигму. Он заявил, что электрон (или любую другую частицу) можно описать только в терминах вероятности того, что она будет обнаружена в какой-то заданной точке. В одно мгновение знакомый Ньютонов мир, в котором объекты всегда занимают определенное положение, уступил квантовой реальности, в которой частица может быть здесь, или там, или еще где-то. И вместо того чтобы все испортить, неопределенность, свойственная вероятностной схеме, вскрыла одно неотъемлемое свойство квантовой реальности, которое долгое время не замечала глубокая, но очевидным образом грубоватая теория Ньютона. Ньютон основывал свои уравнения на мире, который видел вокруг. Мы же через пару сотен лет узнали, что за пределами нашего хрупкого человеческого восприятия существует иная, неожиданная реальность.

Предположение Борна пришло вместе с математической точностью[66]. Он объяснил, что уравнение, которое за несколько месяцев до этого опубликовал Шредингер, можно использовать для предсказания квантовых вероятностей. Это стало новостью и для самого Шредингера, и для всех остальных. Но когда ученые последовали указаниям Борна, то обнаружилось, что математика работает. И очень эффективно работает. Данные, которые прежде приходилось объяснять при помощи ситуативных эмпирических правил или которые вообще не поддавались объяснению, наконец можно было осмыслить с помощью математического аппарата.

В применении к атомам квантовая модель отправила за борт старую «планетарную модель», в которой электроны двигались вокруг ядра по орбитам примерно так же, как планеты вокруг Солнца. Вместо этого квантовая механика представляет электрон как размытое облако вокруг ядра, плотность которого в любой заданной точке указывает на вероятность того, что электрон будет обнаружен именно в этой точке. Электрон вряд ли обнаружится там, где облако вероятностей разрежено, зато в наиболее плотных его областях электрон вполне может оказаться.

Уравнение Шредингера придает этому описанию конкретное математическое выражение, определяя форму и плотность вероятностного облака электрона, а также предписывая — и для нашего текущего разговора это ключевой момент — в точности, сколько электронов атома может вместить каждое такое облако[67]. Детальное объяснение было бы слишком сложным, но, если вы хотите понять основное, представьте себе атомное ядро в виде центральной арены, а электроны — в виде зрителей, которые наблюдают за происходящим с мест, устроенных в виде круглого многоярусного амфитеатра. В этом «квантовом амфитеатре» рассадкой электронной аудитории по местам управляет математика Шредингера в применении к атому.

Опыт подъема по лестнице в верхние ряды настоящего амфитеатра подсказывает нам, что чем выше ярус, тем больше энергии требуется электрону, чтобы до него добраться. Так что когда атом находится в покое (настолько, насколько это в принципе возможно), то есть в минимальной энергетической конфигурации, его электроны представляют собой в высшей степени упорядоченную аудиторию и занимают более высокий ярус только в том случае, когда все более низкие ярусы полностью заняты. Когда атом обладает минимальной энергией, его электроны не поднимаются выше, чем абсолютно необходимо. Сколько электронов может содержать в себе заданный ярус? Математика Шредингера дает ответ на этот вопрос — универсальные нормы «противопожарной безопасности», применимые ко всем «квантовым театрам»: на первый ярус допускается максимум два электрона, на второй — восемь, на третий — восемнадцать и так далее, согласно уравнению. Если же в атом закачивается энергия — скажем, под воздействием мощного лазера, — то некоторые из его электронов могут возбудиться в достаточной степени, чтобы перескочить на более высокий ярус, но такой энтузиазм будет недолгим. Возбужденные электроны быстро вернутся на первоначальный уровень, высвободив лишнюю энергию (которую уносят прочь фотоны) и вернув атом в конфигурацию максимального покоя[68].

Математика раскрывает одну дополнительную странность, своего рода обсессивно-компульсивный синдром атомов, который является главной движущей силой химических реакций во всем космосе. Атомы питают отвращение к частично заполненным уровням. Пустые уровни? Отлично. Заполненные уровни? Тоже хорошо. Но частичная заполненность? Такое состояние заставляет атомы лезть на стенку. Некоторым атомам везет — им досталось ровно столько электронов, чтобы можно было самостоятельно и полностью заполнить несколько уровней. Гелий содержит два электрона, которые компенсируют электрический заряд двух его протонов, и они радостно заполняют первый ярус. У неона десять электронов, которые компенсируют электрический заряд его десяти протонов, и они столь же радостно заполняют первый уровень, вмещающий два электрона, и второй, вмещающий оставшиеся восемь. Но для большинства атомов число электронов, необходимых, чтобы уравновесить число протонов в ядре, не позволяет заполнить какой-то набор уровней целиком[69].

Что же они делают?

Они обмениваются электронами с атомами других видов. Допустим, вы атом и вам на внешнем уровне не хватает двух электронов, а я — другой атом и у меня на внешнем уровне всего два электрона; если я подарю вам два электрона, то мы поможем друг другу удовлетворить страсть к заполненным уровням: в результате этого подарка у каждого из нас будут целиком заполненные ярусы. Обратите также внимание, что вы, приняв мои электроны, получите суммарный отрицательный заряд, а я, отдав электроны, получу суммарный положительный заряд и, поскольку противоположные заряды притягиваются, мы с вами обнимемся и вместе образуем электрически нейтральную молекулу.

Или если нам с вами, к примеру, обоим недостает одного электрона до заполнения верхнего уровня, то мы можем заключить сделку другого рода: каждый из нас пожертвует один электрон в общую копилку — этой парой мы будем пользоваться совместно. Тем самым мы удовлетворим страсть друг друга к заполненным уровням и — посредством связи наших общих электронов — опять же объединимся в электрически нейтральную молекулу. Эти процессы, позволяющие заполнить электронные уровни посредством соединения атомов, мы называем химическими реакциями. По этому шаблону строятся подобные реакции у нас на Земле, внутри живых систем и повсюду во Вселенной.

Вода служит важной иллюстрацией этой идеи. Кислород содержит восемь электронов — два на первом ярусе и шесть на втором. Таким образом, кислород жаждет получить еще два электрона и стремится заполнить свой второй уровень до максимальной населенности в восемь электронов. Одним из легкодоступных источников электронов является водород. В каждом атоме водорода имеется один-единственный электрон, который скучает в одиночестве на первом ярусе. Если атом водорода получает возможность дополнить свой первый уровень вторым электроном, он с радостью это делает. Так что водород и кислород соглашаются завести общую пару электронов, что полностью удовлетворяет потребности водорода и делает кислород на один электрон ближе к орбитальному счастью. Добавьте к этому второй атом водорода, который тоже заводит общую с кислородом пару электронов, и все будут счастливы. Общее владение этими электронами привязывает каждый атом кислорода к двум атомам водорода, в результате чего и получается H_2O — молекула воды.

Геометрия этого союза имеет далеко идущие следствия. Межатомные силы притяжения и отталкивания придают всем молекулам воды форму широкой V, где в вершине угла располагается кислород, а атомы водорода примостились на верхних кончиках буквы. Хотя молекула H_2O не имеет суммарного электрического заряда, кислород так маниакально стремится заполнить свои орбитальные уровни, что подтягивает общие электроны к себе, в результате чего заряд по молекуле распределяется неравномерно. Вершина молекулы — жилище кислорода — обладает отрицательным зарядом, а оба кончика, где обитают водородные атомы, имеют положительный заряд.

Такое распределение электрического заряда по молекуле воды может показаться какой-то заумной подробностью. На самом деле это не так. Эта деталь принципиально важна для появления жизни. Благодаря неравномерному распределению заряда в молекуле вода способна растворить почти все что угодно. Отрицательно заряженная кислородная вершина хватает все, что обладает хотя бы небольшим положительным зарядом; положительно заряженные водородные кончики, напротив, хватают все, что обладает хотя бы небольшим отрицательным зарядом. Вместе оба конца молекулы воды работают как заряженная клешня, способная разорвать почти все, что остается погруженным в воду достаточно долго.

Самый знакомый пример — поваренная соль. Молекула поваренной соли, состоящая из атома натрия, связанного с атомом хлора, имеет небольшой положительный заряд возле натрия (который передает один электрон хлору) и небольшой отрицательный — возле хлора (который принимает электрон от натрия). Бросьте соль в воду, и кислородная сторона H_2O (отрицательно заряженная) схватит натрий (положительно заряженный), а водородная сторона H_2O (положительно заряженная) схватит хлор (отрицательно заряженный), разрывая молекулу соли пополам и переводя ее в раствор. И то, что верно для поваренной соли, верно и для множества других веществ. Подробности разнятся, но асимметричное распределение заряда делает воду очень сильным растворителем. Вымойте руки, даже без мыла, и электрическая полярность воды примется за работу, растворяя посторонние вещества и унося их прочь.

Вода с ее способностью хватать и заглатывать разные вещества необходима для жизни, и полезность ее далеко не ограничивается применением в целях личной гигиены. Внутренность любой клетки представляет собой миниатюрную химическую лабораторию, работа которой требует быстрого передвижения огромного числа ингредиентов: на входе — питательные вещества, на выходе — отходы, смешение химикатов для синтеза веществ, необходимых для функционирования клетки, и так далее. Именно вода делает все это возможным. Вода, составляющая около 70 % клеточной массы, играет роль транспортной системы. Об этом красноречиво сказал нобелевский лауреат Альберт Сент-Дьерди: «Вода — это вещество и матрица, мать и среда жизни. Без воды нет жизни. Жизнь смогла покинуть океан, когда научилась выращивать кожу — мешок, в котором можно взять воду с собой. Мы по-прежнему живем в воде, но теперь вода у нас внутри»[70]. Это весьма поэтичное прославление воды и жизни. Однако с научной точки зрения у нас нет аргументов, которые доказывали бы универсальную истинность этого суждения, хотя мы и не знаем ни одной формы жизни, которая ставила бы под сомнение необходимость воды для своего существования.

Единство жизни

Разобравшись с синтезом простых и сложных атомов, происхождением Солнца и Земли, природой химических реакций и необходимостью воды, мы теперь можем обратиться к теме самой жизни. Хотя естественно было бы, кажется, начать с происхождения жизни, но к этому вопросу, до сих пор окончательно не решенному, лучше подойти после того, как мы рассмотрим основные молекулярные качества самой жизни. Для такого человека, как я, последние 30 лет посвятившего поиску объединенной теории фундаментальных природных взаимодействий, знакомство с этими качествами раскрывает поразительное биологическое единство. Мы не знаем точного числа населяющих Землю различных биологических видов, от микробов до ламантинов, но исследования дают оценки от низких, исчисляемых миллионами, до высоких, исчисляемых триллионами. Каким бы ни было точное их число, оно огромно. Разнообразие видов, однако, дает неверное представление о замечательной природе внутреннего устройства жизни.

Рассмотрите внимательно живую ткань, и обнаружите «кванты» жизни — клетки, мельчайшие частицы этой ткани, которые можно признать живыми. Независимо от источника, клетки имеют так много общих свойств, что неопытному глазу при рассмотрении изолированного образца было бы очень трудно отличить мышь от мастифа, черепаху от тарантула, комнатную муху от человека, и это замечательно. Но ведь такого не может быть — наши клетки должны нести на себе очевидный и значительный отпечаток. Однако ничего подобного нет. Причина, установленная в последние несколько десятилетий, состоит в том, что вся сложная многоклеточная жизнь произошла от одного и того же одноклеточного предкового вида. Клетки похожи, потому что их родословная началась с одной и той же стартовой точки[71].

Это важный факт. Жизнь в ее многочисленных воплощениях, в принципе, могла бы иметь множество различных истоков. Могло быть так, что родословная морского моллюска восходила бы к одному источнику, а родословные вомбата или орхидеи — к другим. Но данные явно указывают, что при поиске источника жизни все родословные сходятся к одному общему предку. Два универсальных свойства жизни делают это предположение еще более убедительным. Каждое из них иллюстрирует глубокую общность всего живого. Первое, и более знакомое всем нам, имеет отношение к информации: как клетки кодируют и используют информацию, которая управляет жизненными функциями. Второе, не менее важное, но менее знаменитое, относится к энергии: как клетки берут под контроль, хранят и используют энергию, необходимую для реализации жизненных функций. В том и в другом мы увидим, что при всем впечатляющем разнообразии жизни на Земле конкретные процессы совершенно идентичны.

Информационное единство жизни

Один из способов понять, что кролик жив, — увидеть, что он движется. Разумеется, камень тоже может двигаться. Сильное течение может толкать его вниз по руслу ручья, а извержение вулкана способно забросить его высоко в небо. Разница в том, что движение камня можно полностью осмыслить (и даже предсказать) на основе анализа действующих на него внешних сил. Расскажите мне подробно о ручье или извержении, и я смогу с приличной точностью определить, что произойдет дальше. Предсказать движение кролика сложнее. Решающим фактором в его движении является активность в пределах того, что Шредингер называл «пространственными границами» кролика, — его внутренняя активность. Кролик морщит нос, поворачивает голову, бьет лапами — и все это выглядит так, будто он обладает собственной волей. Вопрос о том, действительно ли кролик или любая другая форма жизни (включая нас) обладает подобной независимой волей, служил предметом ожесточенных споров не одну сотню лет; мы поговорим о нем в следующей главе, так что не будем задерживаться на нем сейчас. Пока же мы можем сойтись на том, что если активность внутри камня практически никак не сказывается на его движении, которое мы наблюдаем, то скоординированные, сложные и целенаправленные движения кролика ясно говорят о том, что кролик живой.

Такая диагностика не вполне безошибочна. Автоматизированные системы могут выполнять аналогичные в общем-то движения, а с развитием технического прогресса способность механизмов имитировать жизнь еще повысится. Но это лишь подчеркивает главное: движение того рода, о котором мы говорим, возникает из взаимодействия между информацией и средствами исполнения, между тем, что мы могли бы назвать программным обеспечением и техническими средствами. Для автоматизированных систем такое описание буквально. Беспилотные летательные аппараты, машины с автопилотом, роботы-пылесосы и т. п. управляются программами, которые на входе принимают данные из окружающей среды, а на выходе определяют отклик, реализуют который бортовые механизмы — от крыльев до роторов и колес. Для кролика такое описание — метафора. Тем не менее парадигма «программа — механизм» — полезный способ размышления в том числе и о жизни. Кролик собирает сенсорные данные об окружающей среде, прогоняет их через «нервный компьютер» (мозг), который, в свою очередь, посылает по нервным путям информационные сигналы — объесть лужайку клевера, перепрыгнуть через упавшие ветви и так далее, — которые порождают физические действия. Движение кролика является результатом внутренней обработки и передачи сложного набора инструкций, проходящего по его физической структуре, то есть биологическая программа управляет биологическим механизмом. В камне такие процессы полностью отсутствуют.

Углубившись в отдельную клетку кролика, мы обнаружим, что и в куда меньшем масштабе работают те же идеи. Подавляющее большинство функций клетки выполняется белками — большими молекулами, которые катализируют и регулируют химические реакции, переносят необходимые вещества и управляют конкретными проявлениями, такими как форма и движение клетки. Белки строятся из различных комбинаций 20 элементов меньшего размера, аминокислот, примерно так же, как слова английского языка складываются из 26 букв.

И как для появления осмысленных слов буквы должны выстраиваться в определенном порядке, так и пригодные для использования белки требуют, чтобы аминокислоты связывались в цепочки в определенной последовательности. Если сборку белка оставить на волю случая, вероятность того, что нужные аминокислоты столкнутся друг с другом в последовательности, необходимой для получения конкретного белка, будет близка к нулю. Число способов, которыми 20 различных аминокислот можно связать в длинную цепочку, делает это очевидным: для цепочки из 150 аминокислот (небольшая белковая молекула) существует около 10^195 вариантов расстановки — намного больше, чем частиц в наблюдаемой Вселенной. И как пресловутая группа обезьян, без устали колотящих по клавиатуре и печатающих случайные буквы, не сможет напечатать что-нибудь более объемное, чем «Быть или не быть», так и слепой случай не в состоянии создать конкретные белки, необходимые для жизни.

На самом деле для синтеза сложных белков требуется набор инструкций, которые пошагово определяют этот процесс: прицепить эту аминокислоту к той, затем добавить вот эту, следом вон ту и так далее. То есть для синтеза белков требуется клеточное «программное обеспечение». И внутри каждой клетки такие инструкции имеются. Они закодированы в ДНК — химическом соединении, поддерживающем жизнь, геометрическую архитектуру которого открыли Уотсон и Крик.

Каждая молекула ДНК имеет форму знаменитой двойной спирали, длинной закрученной лестницы, перекладины которой состоят из парных опор — более кротких молекул, называемых основаниями и обычно обозначаемых А, Т, Г и Ц (формальные названия значения для нас не имеют, но этими буквами обозначаются аденин, тимин, гуанин и цитозин). Члены одного биологического вида имеют по большей части одинаковую последовательность букв. У человека ДНК-последовательность насчитывает около 3 млрд букв, причем ваша последовательность отличается от последовательности Альберта Эйнштейна, или Марии Кюри, или Уильяма Шекспира, или кого угодно другого меньше чем на четверть процента — примерно на одну букву каждой цепочки из 500 букв[72]. Но, радуясь тому, что вы обладаете геномом, настолько близким к геному любой из самых уважаемых знаменитостей в истории (и самых отъявленных негодяев тоже), также обратите внимание, что ваша ДНК-последовательность на 99 % совпадает с ДНК-последовательностью любого шимпанзе[73].

Небольшие генетические различия могут приводить к очень серьезным последствиям.

При формировании перекладин лестницы ДНК основания соединяются в пары по строгому правилу: брусок А на одной стороне лестницы соединяется с бруском Т на другой стороне, а брусок Г соединяется с бруском Ц. Таким образом, цепочка оснований на одной стороне лестницы однозначно определяет цепочку на второй стороне. И именно в цепочке букв мы обнаруживаем, помимо другой жизненно важной клеточной информации, инструкции, определяющие, какие аминокислоты будут связаны с какими, и управляющие синтезом видоспецифичного набора белков, без которого не может обойтись эта форма жизни.

Вся жизнь кодирует инструкции по строительству белков одинаковым способом[74].

Приведем в одном абзаце — возможно, слишком детализированном — описание работы этого алгоритма, молекулярной азбуки Морзе, прочно встроенной в жизнь. Группы из трех последовательных букв на одной и той же нити ДНК обозначают одну конкретную аминокислоту из 20 существующих[75]. К примеру, последовательность (триплет) ЦТА обозначает аминокислоту лейцин; триплет ГЦТ обозначает другую аминокислоту, аланин; триплет ГТТ обозначает валин и так далее. Если бы вы рассматривали перекладины на сегменте одной нити ДНК и считали бы оттуда последовательность ЦТАГЦТГТТ, это означало бы следующую инструкцию: присоединить лейцин (первый триплет, ЦТА) к аланину (второй триплет, ГЦТ), который затем присоединить к валину (третий триплет, ГТТ). Белок, построенный, скажем, из тысячи связанных в цепочку аминокислот, должен быть закодирован конкретной последовательностью из 3000 букв (начало и конец любой такой последовательности также кодируется конкретными трехбуквенными цепочками, примерно как заглавная буква и точка обозначают начало и конец этого предложения). Такая последовательность составляет ген — программу сборки какого-либо белка[76].

Я изложил здесь эти подробности по двум причинам. Во-первых, наглядное представление кода делает концепцию клеточного программного обеспечения более явной. Имея сегмент ДНК, мы можем считать инструкции, которые управляют внутренней деятельностью клетки и организуют сложнейшую координацию, которая полностью отсутствует у неодушевленной материи. Во-вторых, наглядное представление кода помогает понять, что имеют в виду биологи, когда называют этот код универсальным. Каждая молекула ДНК, принадлежащая хоть морской водоросли, хоть Софоклу, кодирует информацию, необходимую для строительства белков, одинаковым способом.

Это и есть единство информации.

Единство энергии

Как паровая машина нуждается в постоянном снабжении энергией, чтобы раз за разом выталкивать поршень, так и жизнь требует постоянного снабжения энергией, чтобы выполнять необходимые функции, от роста и ремонта до движения и размножения. Для паровой машины мы извлекаем энергию из окружающей среды. Мы сжигаем уголь, дерево или какое-то другое топливо, и полученная теплота поглощается внутренним механизмом машины, заставляя пар расширяться. Живые существа также извлекают энергию из окружающей среды. Животные извлекают ее из пищи, растения — из солнечного света. Но, в отличие от паровой машины, жизнь не обязательно использует эту энергию сразу же, на месте. Жизненные процессы сложнее расширения и сжатия пара, и потому им необходима более совершенная система доставки и распределения энергии. Жизнь нуждается в том, чтобы энергию сжигаемого ею топлива можно было запасать и выдавать надежно и регулярно по мере того, как у составляющих клетки появляется в ней нужда.

Все живое решает проблему извлечения и распределения энергии одинаково[77].

Универсальное решение, которое выработала жизнь (сложную цепочку процессов, происходящих прямо сейчас внутри вас и меня — и, насколько нам известно, всего остального, что живет), можно отнести к числу самых поразительных достижений природы. Жизнь извлекает энергию из окружающей среды посредством своеобразного медленного химического горения и запасает эту энергию впрок, заряжая встроенные во все клетки биологические аккумуляторы. Затем эти клеточные батареи обеспечивают стабильный источник электричества, которое клетки используют для синтеза молекул, специально предназначенных для переноса и доставки энергии к каждому компоненту клетки.

Такая система может казаться сложной. Она и в самом деле сложна. Но при этом жизненно необходима. Поэтому давайте коротко опишем ее. Если вы чего-то не поймете, ничего страшного. Даже беглый взгляд позволит увидеть те чудесные средства, при помощи которых жизнь обеспечивает функционирование своих механизмов.

Химическое горение, играющее центральную роль в переработке жизнью энергии, называется окислительно-восстановительной реакцией. Не самое заманчивое название, но архетипический пример — горящее полено — помогает немного его прояснить. Когда полено горит, углерод и водород древесины отдают электроны кислороду воздуха (вы же помните, кислород всегда жаждет электронов), связывая атомы кислорода в молекулы воды и двуокиси углерода и высвобождая при этом энергию (именно поэтому огонь горячий). Когда кислород хватает электроны, мы говорим, что он восстанавливается. Когда углерод или водород отдают электроны кислороду, мы говорим, что они окисляются. Вместе получается окислительно-восстановительная реакция или, для краткости, ОВР.

В настоящее время ученые используют термин ОВР в более широком смысле, имея в виду множество реакций, в которых электроны передаются между химическими соединениями, независимо от того, задействован ли в реакции кислород. И все же пылающее полено дает нам общую схему для описания химического горения. Ненасытные атомы, отягощенные частично заполненными уровнями, хватают электроны атомов-доноров такой мощной хваткой, что в ходе этого процесса выделяется значительная скрытая энергия.

В живых клетках — для определенности сосредоточимся на животных — имеют место аналогичные ОВР, но, что важно, электроны, сорванные с атомов, которые вы переварили за завтраком, не передаются сразу кислороду. Если бы они передавались сразу, то высвободившаяся энергия породила бы что-то вроде клеточного пламени, — а природа знает, что такого исхода лучше избегать. Вместо этого электроны, отданные пищей, проходят через серию промежуточных ОВР — промежуточных пунктов на трассе, которая в конечном итоге завершается кислородом, но позволяет энергии высвобождаться на каждом этапе небольшими порциями. Как мяч на трибуне стадиона прыгает вниз по ступенькам, электроны прыгают от одной принимающей молекулы к другой, причем каждая следующая — более жадная до электронов, и это гарантирует, что каждый прыжок сопровождается высвобождением энергии. Кислород — самый жадный рецептор — поджидает электрон у подножия лестницы, и когда тот наконец появляется, кислород крепко обнимает его, выжимая остатки энергии, которую электрон еще может отдать, и завершая таким образом процесс извлечения энергии.

У растений этот процесс протекает в значительной мере так же. Основное различие — источник электронов. У животных они берутся из пищи. У растений — из воды. Солнечный свет, падающий на хлорофилл в зеленых листьях растений, срывает электроны с молекул воды, накачивает их энергией и запускает в аналогичный окислительно-восстановительный каскад, где эта энергия извлекается. Таким образом, энергия, обеспечивающая всю активность всех живых существ, получается в результате одного и того же процесса — прыгающих электронов, реализующих серию клеточных ОВР. Именно поэтому Альберт Сент-Дьёрди, продолжая свои поэтические рефлексии, рассуждал: «Жизнь есть не что иное, как электрон, ищущий место для отдыха».

Стоит подчеркнуть, насколько это все удивительно с точки зрения физики. Энергия — это та самая монета, которой оплачивается все без исключения в космосе; эта монета чеканится во множестве разных валют, а зарабатывают ее еще большим множеством разных ремесел. Одна из ходовых валют — ядерная энергия, она вырабатывается при синтезе и распаде многочисленных разновидностей атомов; еще один вид валюты — электромагнитная энергия, вырабатываемая притяжением и отталкиванием огромного разнообразия заряженных частиц; еще один — гравитационная энергия, вырабатываемая при взаимодействии различных массивных тел. И при этом из всех бесчисленных возможных процессов жизнь на планете Земля пользуется одним-единственным энергетическим механизмом: конкретной цепочкой электромагнитных химических реакций, в которых электроны совершают последовательную серию направленных вниз прыжков, начиная свой путь из пищи или воды и заканчивая его в крепких объятиях кислорода.

Как и почему этот процесс извлечения энергии стал одним из важнейших механизмов жизни? Никто не знает. Но его универсальность, как и универсальность генетического кода, представляет собой аргумент, и аргумент сильный, в пользу единства жизни. Почему все живое обеспечивает себя энергией совершенно одинаковым способом? Напрашивается ответ: это потому, что вся жизнь, скорее всего, произошла от общего предка — одноклеточного вида, существовавшего, по мнению исследователей, около 4 млрд лет назад.

Аккумуляторы и жизнь

Свидетельства в пользу единства жизни становятся еще более убедительными, если проследить, что происходит дальше с энергией, которую высвобождают электроны, прыгающие от одной окислительно-восстановительной (ОВ) реакции к другой. Эта энергия используется для зарядки биологических аккумуляторных батарей, встроенных в каждую клетку без исключения. Биологические батареи, в свою очередь, обеспечивают энергией синтез молекул, которые особенно хорошо умеют переносить и доставлять энергию туда и тогда, где и когда она требуется в клетке. Это сложный процесс. Но у всего живого этот процесс одинаков.

В общих чертах этот процесс происходит примерно так. Когда электрон запрыгивает в протянутые молекулярные «руки» определенного ОВ-рецептора, принимающая молекула дергается и меняет свою ориентацию относительно других молекул, плотно упакованных вокруг нее, примерно как шестеренка с храповиком, сдвигающаяся на один щелчок вперед. Затем, когда ветреный электрон перепрыгивает к следующему ОВ-рецептору, первая молекула «со щелчком» возвращается в первоначальную ориентацию, тогда как новый молекулярный реципиент дергается и меняет ориентацию. Когда электрон выполняет следующие прыжки, все происходит по той же схеме. Молекулы, принимающие электрон, дергаются и проворачиваются на шаг вперед; молекулы, теряющие электрон, тоже дергаются, возвращаясь в первоначальную ориентацию.

Цепочка прыжков электрона и связанных с ними молекулярных конвульсий выполняет тонкую, но важную задачу. Молекулы, проворачиваясь вперед и назад, толкают группу протонов, заставляя их проходить сквозь окружающую мембрану, за которой они собираются в узком отсеке, превращающемся в переполненную авоську. Или, проще говоря, протонную батарейку.

В обычной батарейке химические реакции вынуждают электроны аккумулироваться на одной стороне батареи (аноде), где взаимное отталкивание этих одинаково заряженных частиц гарантирует их готовность разлететься при первой возможности. Когда вы замыкаете электрический контур, нажимая кнопку включения или щелкая переключателем, вы тем самым освобождаете запертые электроны, разрешая им выйти из анода, пройти сквозь устройство — лампочку, ноутбук, мобильный телефон — и добраться наконец до другой стороны батарейки (катода). Батарейка хоть и привычная часть нашего быта, но на самом деле это хитроумное устройство. Она запасает энергию в плотных группах электронов, стоящих наготове и способных в любой момент высвободить энергию и обеспечить питание устройств по нашему выбору.

В живой клетке мы встречаем аналогичную ситуацию, но уже с заменой связанных электронов на связанные протоны. Однако это отличие практически ничего не меняет. Протоны, как и электроны, обладают одинаковым электрическим зарядом и, соответственно, отталкиваются друг от друга. Когда клеточные ОВР сгоняют протоны в плотную кучу, они точно так же стоят наготове, ожидая только возможности убежать прочь от своих вынужденных соседей. Таким образом, клеточные окислительно-восстановительные реакции заряжают биологические аккумуляторные батареи на протонах. Мало того, поскольку все протоны теснятся по одну сторону чрезвычайно тонкой мембраны (толщиной всего в несколько десятков атомов), электрическое поле (напряжение на мембране, деленное на толщину мембраны) может быть огромным, больше десятков миллионов вольт на метр. Клеточный биоаккумулятор — не шутки.

Что же делают клетки с этими мини-электростанциями? Вот тут-то ситуация становится еще более поразительной. К мембране прикреплено огромное количество турбин нанометрового масштаба. Когда упакованным протонам разрешается выйти обратно через особые секции мембраны, они вызывают вращение этих крохотных турбин — примерно как порывы ветра заставляют вращаться крылья ветряных мельниц. В минувшие века такое вращательное движение под действием ветра использовали для помола пшеницы или другого зерна в муку. «Клеточные мельницы» тоже заняты помолом, но вместо разрушения структуры этот процесс, наоборот, строит ее. Проворачиваясь, молекулярные турбины раз за разом сводят между собой две конкретные молекулы и синтезируют таким образом вполне конкретную молекулу (на вход поступает АДФ, аденозиндифосфат плюс еще одна фосфатная группа; на выходе получается АТФ, аденозинтрифосфат). Составляющие этой молекулы, принудительно сведенные турбиной, находятся в напряженном состоянии: взаимно отталкивающиеся заряженные части молекулы удерживаются вместе химическими связями. Вся конструкция подобна сжатой пружине и жаждет освободиться. Это необычайно полезно. Молекулы АТФ могут путешествовать по всей клетке, а в нужный момент высвобождают запасенную энергию, разрывая химические связи и позволяя входящим в состав молекулы частицам расслабиться и перейти в более низкоэнергетическое, более комфортное состояние. Именно энергия, высвобождаемая при диссоциации молекул АТФ, обеспечивает выполнение клеточных функций.

Уровень неустанной активности этих клеточных электростанций станет ясен, если обратить внимание на несколько чисел. Функции, обеспечивающие жизнь типичной клетки на протяжении всего лишь одной секунды, требуют энергии, запасенной примерно в 10 000 000 молекул АТФ. В теле человека десятки триллионов клеток, и это означает, что каждую секунду вы используете порядка ста миллионов триллионов (10^20) молекул АТФ. Каждый раз при использовании АТФ расщепляется на составляющие (АДФ и фосфатную группу), которые затем турбины, питаемые протонными аккумуляторами, снова сводят вместе в полностью обновленные молекулы АТФ. Эти молекулы АТФ вновь пускаются в путь, доставляя энергию во все уголки клетки. Таким образом, чтобы удовлетворить энергетические потребности вашего организма, клеточные турбины должны быть поразительно продуктивными. Даже если вы читаете очень быстро, за время, которое вы потратили на просмотр этого предложения, ваше тело успело синтезировать около 500 миллионов триллионов молекул АТФ. А вот сейчас еще на 300 миллионов триллионов больше.

Подведем итог

Оставляя в стороне подробности, можно подвести некоторый итог. По мере того как энергичные электроны из пищи (или электроны, получившие энергию от солнечного света в растениях) каскадом осыпаются по химической лестнице, энергия, высвобождаемая на каждой ступеньке, заряжает биологические аккумуляторы, которые имеются во всех клетках. Затем энергия, запасенная в аккумуляторах, используется для синтеза молекул, играющих в клетке роль грузовиков службы доставки почтовых отправлений: эти молекулы надежно доставляют энергетические пакеты туда, где они нужны, в пределах клетки. Именно этот универсальный механизм снабжает энергией все живое. Именно этот замечательный энергетический маршрут лежит в основе каждого нашего действия и каждой нашей мысли.

Как и при кратком знакомстве с ДНК, главное здесь никак не зависит от конкретики: этот хитроумный и причудливый на первый взгляд набор процессов, которые обеспечивают клетку энергией, универсален для всего живого. Такое единство, вместе с единством ДНК-кодирования клеточных инструкций, является мощнейшим свидетельством в пользу того, что вся жизнь на Земле произошла от общего предка.

Вспомним, как Эйнштейн искал единую теорию природных взаимодействий и как сегодня физики мечтают о еще более величественном синтезе, охватывающем всю материю и, возможно, пространство и время в придачу. Есть что-то необыкновенно соблазнительное в том, чтобы отыскать общее ядро в широком спектре совершенно разных на первый взгляд явлений. То, что глубинные внутренние механизмы всего живого — от моих двух собак, спокойно дремлющих на ковре, до хаотического мельтешения насекомых, привлеченных лампой возле окна, от лягушачьего хора, доносящегося с ближнего пруда, до койотов, далекий лай которых я сейчас слышу, — основаны на одних и тех же молекулярных процессах… ну, это поражает воображение. Так что оставим в стороне подробности, прервемся перед завершением главы и позволим этому чудесному факту как следует улечься в сознании.

Эволюция до эволюции

Осознание жизненных фактов не только приносит неожиданную ясность, но и побуждает копать глубже. Как возник пресловутый общий предок всего сложного живого мира? Еще глубже: как возникла жизнь? Ученым еще только предстоит определить источник жизни, но наша дискуссия уже показала, что этот вопрос делится на три части. Как возник генетический компонент жизни — способность хранить, использовать и воспроизводить информацию? Как возник метаболический компонент жизни — способность извлекать, хранить и использовать химическую энергию? Как возникла упаковка генетической и метаболической молекулярной «машинерии» в самодостаточные мешочки — клетки? История происхождения жизни требует определенных ответов на эти вопросы, но даже без полного понимания ситуации мы можем обратиться к объясняющей многое концепции — дарвиновской эволюции, которая почти наверняка будет неотъемлемой частью будущего нарратива.

Когда я впервые узнал о теории эволюции Дарвина, учитель биологии представил ее так, будто это было остроумное решение какой-то головоломки, однажды поняв которое человеку полагается стукнуть себя по лбу и воскликнуть: «Как же это я сам не додумался?!» Загадка в том, чтобы объяснить происхождение богатого, разнообразного и изобильного множества биологических видов, населяющих планету Земля. Решение, предложенное Дарвином, сводится к двум взаимосвязанным идеям. Во-первых, когда организмы размножаются, потомство в целом похоже на родителей, но не идентично им. Или, как сформулировал это Дарвин, наследование происходит с модификацией. Во-вторых, в мире, где ресурсы конечны, существует конкуренция за выживание. Биологические модификации, которые способствуют успеху в этом состязании, повышают вероятность того, что их носитель проживет достаточно долго, чтобы продолжить род, и передаст способствующие выживанию признаки по наследству будущим поколениям. Со временем различные комбинации успешных модификаций медленно накапливаются, заставляя первоначальную популяцию разделиться на группы, которые затем образуют отдельные виды[78].

Теория эволюции Дарвина, простая и интуитивно понятная, кажется чуть ли не самоочевидной. Однако какой бы убедительной ни была объяснительная часть, если бы теория эволюции не подтверждалась конкретными данными, она никогда не была бы принята научным сообществом. Одной логики недостаточно. Уверенность в теории эволюции зиждется на ошеломляющей поддержке, которую она получила благодаря ученым, сумевшим проследить постепенные изменения в строении организмов и выделить те адаптивные преимущества, что приносят с собой эти изменения. Если бы таких трансформаций не было, или если бы они возникали без всякой очевидной закономерности, или если бы они не были никак связаны с шансами носителя на выживание и продолжение рода, школьники во всем мире не изучали бы на уроках теорию эволюции Дарвина.

Дарвин ничего не говорил про биологические основы наследования с модификацией. Как живые существа передают свои черты потомству? И как так получается, что некоторые из этих черт наследуются в измененном виде? Во времена Дарвина ответы на эти вопросы были неизвестны. Конечно, все понимали, что малышка Мэри похожа на маму и на папу, но до понимания молекулярного механизма передачи признаков по наследству предстояло сделать еще много открытий. То, что Дарвин сумел разработать теорию эволюции в отсутствие каких бы то ни было подробностей, говорит об общем характере и силе этих идей. Они выше этих мелочей. Только почти 100 лет спустя, в 1953 г., раскрытие структуры ДНК сделало путь к молекулярной основе наследственности видимым. Со сдержанностью, присущей интеллигентным людям, Уотсон и Крик завершили свою статью преуменьшением, достойным занять место в ряду самых знаменитых в истории: «От нашего внимания не укрылось, что постулированные принципы попарного соединения незамедлительно предполагают возможный механизм копирования генетического материала».

Уотсон и Крик выявили процесс, посредством которого живое дублирует те самые молекулы, где хранятся внутренние инструкции клетки, что позволяет передавать эти инструкции потомству. Как мы уже видели, информация, направляющая клеточные функции, кодируется последовательностью оснований вдоль нитей закрученной лестницы ДНК. Когда клетка готовится к размножению — делению на две, лестница ДНК разделяется посередине, образуя две отдельные нити, каждая из которых содержит некую последовательность оснований. Поскольку последовательности комплементарны (А на одной нити гарантирует, что на второй нити в соответствующем месте стоит Т; Ц на одной нити гарантирует, что на второй нити в соответствующем месте стоит Г), каждая нить представляет собой шаблон для построения копии второй нити. Присоединив к основаниям на каждой из нитей соответствующие основания, клетка получает две полные копии первоначальной молекулы ДНК. Когда клетка после этого делится, каждая дочерняя клетка получает один из продублированных экземпляров. Таким образом генетическая информация передается от одного поколения к следующему — это и есть тот механизм копирования, который не ускользнул от внимания Уотсона и Крика.

Согласно описанию, процесс копирования должен дать на выходе две идентичные двойные нити ДНК. Откуда же берутся в дочерних клетках новые, или модифицированные, признаки? Все дело в ошибках. Ни один процесс не может проходить идеально на 100 %. Ошибки обязательно будут происходить, хотя и редко, иногда случайно, а иногда в результате воздействия среды — к примеру, энергичных протонов, ультрафиолетового или рентгеновского излучения, способных исказить процесс копирования. Таким образом, цепочка ДНК, которую наследует дочерняя клетка, может отличаться от ДНК, предоставленной родителем. Нередко подобные модификации оказываются несущественными, как единичная опечатка на 413-й странице «Войны и мира». Но некоторые модификации могут повлиять на функционирование клетки, изменить его к лучшему или к худшему. Первый вариант, повышая приспособленность особи, получает хороший шанс быть переданным последующим поколениям и, соответственно, распространиться в популяции.

Половое размножение добавляет в процесс сложности, поскольку генетический материал здесь не просто дублируется, но формируется путем слияния вкладов мужской и женской особи. Но, хотя такое размножение представляет собой важнейший шаг в истории жизни на Земле — шаг, происхождение которого до сих пор обсуждается, — принципы дарвиновской эволюции применимы и к нему. Смешение и копирование генетического материала порождает изменчивость наследуемых признаков, и в поколениях, скорее всего, сумеют закрепиться те из них, которые повышают шансы носителя на выживание и продолжение рода.

Для эволюции принципиально важно, что при переходе от родителя к потомку модификаций ДНК наблюдается, как правило, совсем немного. Такая стабильность защищает генетические улучшения, накопленные предыдущими поколениями, и гарантирует, что они не деградируют и не исчезнут в самом ближайшем будущем. Чтобы почувствовать, насколько редки на самом деле изменения, скажем, что ошибки копирования закрадываются в молекулу ДНК с частотой примерно одна на 100 млн пар оснований. Это как если бы средневековый писарь допускал описку в одной-единственной букве на каждые 30 копий Библии. И даже эта крохотная частота — преувеличение, поскольку 99 % опечаток исправляется механизмами химической корректуры, которые действуют в каждой клетке и снижают суммарную частоту до одной ошибки на каждые 10 млрд пар оснований.

Даже такие минимальные генетические модификации, накапливаясь на протяжении огромного множества поколений, могут привести к очень значительным физическим и физиологическим изменениям. Это неочевидно. Некоторые из тех, кто вплотную знакомится с чудесами глаза, возможностями мозга или сложностью энергетических механизмов клетки, готовы сделать вывод, что все эти системы не могли появиться в ходе эволюции без руководящего влияния разума. И такой вывод был бы оправдан, если бы эволюционное развитие происходило в привычных нам масштабах времени. На самом деле это не так. Жизнь эволюционирует уже миллиарды лет. Это тысячи миллионов лет. Если бы каждый год был представлен листом печатной бумаги, то 1 млрд лет соответствовал бы стопке таких листов высотой чуть ли не 100 км. Представьте себе нарисованные на этих листах последовательные фигурки — своеобразный мультблокнот, толщина которого более чем в десять раз превосходит высоту Эвереста. Даже если рисунок на каждом листе лишь чуть-чуть отличается от рисунка на предыдущем листе, рисунки в начале и в конце стопки легко могут различаться между собой так же сильно, как шимпанзе отличается от амебы.

Это не означает, что эволюционные изменения следуют тщательно проработанному плану, который выполняется медленно и эффективно, страница за страницей, от простых организмов к сложным. Вовсе нет. Эволюцию посредством естественного отбора лучше описать как продвижение методом проб и ошибок. Нововведения возникают из случайных сочетаний и мутаций генетического материала. Испытания ставят одно нововведение против другого на арене выживания. Ошибки, по сути, — это нововведения, которые проигрывают. Такой подход к инновациям обанкротил бы большинство компаний. Пробовать один случайный вариант за другим, надеясь вопреки всему, что рано или поздно один из вариантов завоюет рынок… ну что ж, попробуйте предложить такую стратегию вашему совету директоров. Но природа располагает в избытке ресурсом, которого вечно не хватает бизнесу, — временем. Природа никуда не спешит и не стремится успеть к заданному сроку. Цена, которую приходится платить за развитие посредством маленьких случайных изменений, природе по карману[79].

Значимым фактором является также то, что единого изолированного эволюционного мультблокнота никогда не существовало. Каждое деление клетки в каждом организме, населяющем каждую щелочку и каждый закоулочек на нашей планете, внесло свой вклад в дарвиновский нарратив. Некоторые из этих сюжетных линий закончились пшиком (генетические модификации, имевшие негативные последствия). Большая их часть ничего не добавила к развивающемуся сюжету (генетический материал, переданный потомству без изменений). Но некоторые привнесли в историю новые неожиданные повороты (генетические модификации, оказавшиеся адаптивно полезными), которые положили начало собственным эволюционным мультблокнотам. Мало того, многие линии развития поддерживают взаимозависимые сюжеты и подсюжеты, так что эволюционный нарратив в одном мультблокноте ощущает на себе влияние остальных. Таким образом, богатство жизни на Земле, безусловно, отражает громадную продолжительность эволюционных летописей, но отражает и громадное число летописей, написанных природой.

Как любое здоровое поле исследований, теория эволюции Дарвина порождала споры и дорабатывалась на протяжении многих десятилетий. С какой скоростью развиваются биологические виды? Сильно ли меняется эта скорость со временем? Существуют ли длительные периоды стабильности, за которыми следуют короткие периоды более стремительных перемен? Или изменения всегда происходят постепенно? Как следует относиться к признакам, которые снижают, возможно, шансы организма на выживание, но повышают вероятность того, что ему удастся оставить потомство? Каков полный список механизмов, посредством которых гены могут изменяться от поколения к поколению? Как нам следует реагировать на пробелы в эволюционной летописи? Некоторые из этих вопросов породили горячие научные схватки, но — и в этом главное — ни один из них не бросил ни тени сомнения на саму теорию эволюции. Детали любой объяснительной схемы могут и должны быть — и будут — уточняться со временем, но основание дарвиновской теории прочно, как скала.

А это дает нам основание задаться вопросом: не может ли предложенная Дарвином схема работать и на более широкой арене, чем жизнь? В конце концов, главные составляющие — размножение, изменчивость и конкуренция — относятся не только к живым существам. Принтеры размножают печатные страницы. Оптические искажения порождают изменения в копиях. Беспроводной приемник принтера конкурирует за ограниченную пропускную способность канала связи. Но давайте представим себе контекст более близкий к жизни, чем офисные принтеры, но при этом совершенно неодушевленный: молекулы, которые обрели способность к репликации — самовоспроизведению. Самый очевидный пример такой молекулы — ДНК, так что будем иметь ее в виду. Но репликация ДНК — расщепление спиральной лестницы и последующая достройка каждой нити до полной молекулы с получением двух полноценных дочерних молекул ДНК — опирается на армию клеточных белков, то есть требует наличия уже действующих жизненных процессов.

Представьте лучше молекулу, которая обрела способность к самостоятельной репликации задолго до появления какой бы то ни было жизни. Нам нет нужды останавливаться на каком-то конкретном механизме репликации, но если вам удобнее представлять себе что-то определенное, то скажем, что молекулы этого типа, плавая в густом химическом бульоне, действуют как молекулярные магниты, с силой притягивая те самые компоненты, которые входят в их состав, и обеспечивая шаблон для сборки из них собственных двойников. Представьте также, что процесс репликации, как и все прочие процессы в реальном мире, несовершенен. По большей части синтезированная молекула идентична оригинальной, но иногда это не так. В результате на протяжении огромного множества молекулярных поколений мы выстраиваем экосистему, в которой обитает целый спектр молекул, представляющих собой вариации оригинала.

В любой среде количество ресурсов и сырья всегда ограничено. Так что чем дольше наша экосистема из молекул продолжает репликацию, тем больше в ней будет тех молекул, которые копируются наиболее эффективно и точно — быстро, дешево, но вовсе не бесконтрольно. Такие молекулы заслуживают звания самых приспособленных, и со временем именно они будут доминировать в нашей молекулярной популяции. Каждая следующая мутация, возникающая из-за несовершенного копирования, предлагает новые модификации молекулярной приспособленности. Таким образом, то, что всегда происходит в живой природе, бывает и в неживой: те модификации, которые повышают молекулярную приспособленность, берут верх над теми, которые этого не делают. Повышенная плодовитость более приспособленных молекул сдвигает демографические показатели в их же пользу.

Я описал здесь молекулярную версию эволюции — молекулярный дарвинизм. Он показывает, как группы беспорядочно сталкивающихся частиц, подчиняющихся исключительно законам физики, могут постепенно повышать свою способность к размножению — качество, которое мы обычно связываем с жизнью. В плане поисков истока жизни предполагается, что молекулярный дарвинизм, возможно, был существенным механизмом развития в эпоху, предшествующую появлению первого живого организма. Один из вариантов этого предположения, далеко не общепринятый, но имеющий все же немало последователей, ставит в центр происходящего особую молекулу, обладающую множеством талантов, — РНК.

На пути к истокам жизни

Еще в 1960-е гг. видные исследователи, в том числе Фрэнсис Крик, химик Лесли Орджел и биолог Карл Вёзе, привлекли внимание к близкой родственнице ДНК, называемой РНК (рибонуклеиновая кислота), которая около 4 млрд лет назад, возможно, дала начало фазе молекулярного дарвинизма, ставшего предтечей жизни.

РНК — необычайно разноплановая молекула, необходимый компонент всех живых систем. Ее можно представлять себе как более урезанную одинарную версию ДНК; это одиночная нить, вдоль которой закреплена цепочка оснований. РНК, помимо прочих клеточных ролей, является химическим посредником, который снимает отпечатки с отдельных небольших секций «расстегнутой» нити ДНК — примерно так же, как дантист делает слепок с ваших зубов, когда вы раскрываете рот, отделяя нижнюю челюсть от верхней, — и переносит эту информацию в другие части клетки, где она управляет синтезом конкретных белков. Как и ДНК, молекулы РНК становятся, таким образом, воплощением клеточной информации и являются, следовательно, частью «программного обеспечения» клетки. Но между РНК и ДНК есть существенная разница: если ДНК вполне устраивает в клетке роль этакого прорицателя, источника премудрости, управляющего активностью клетки, то РНК не боится замарать ручки грязной работой и готова заниматься непосредственно химическими процессами. В самом деле, рибосомы клетки — миниатюрные фабрики, в которых аминокислоты соединяются между собой, образуя белки, — в основе своей имеют определенную разновидность РНК (рибосомную РНК).

Таким образом, РНК является одновременно и частью «программного обеспечения», и исполнительным механизмом. Она может как направлять химические реакции, так и служить их катализатором. Среди этих реакций имеются и такие, что обеспечивают репликацию самой РНК. Если в молекулярном механизме, который делает копии ДНК, используется хитроумный набор химических винтиков и шестеренок, сама РНК может обеспечивать синтез пар оснований, необходимых для ее собственной репликации. Представьте, что это означает. Молекулы РНК, совмещающие в себе функции программы и исполнительного механизма, потенциально способны обойти парадокс курицы и яйца: как собрать молекулярный исполнительный механизм, не имея готовой молекулярной программы, то есть инструкции по сборке? Как синтезировать молекулярную программу, не имея готового молекулярного исполнительного механизма, то есть инфраструктуры, которая должна выполнять синтез?

РНК, воплощая в себе обе функции, представляет собой сплав курицы и яйца и поэтому способна положить начало эпохе молекулярного дарвинизма.

Так выглядит гипотеза РНК-мира. Речь в ней идет о том, что до появления жизни существовал мир, полный молекул РНК, которые средствами молекулярного дарвинизма эволюционировали на протяжении почти непредставимого числа поколений в химические структуры, составившие в конечном итоге первые клетки. О подробностях можно спорить, но ученые смогли в общих чертах представить себе, как могла выглядеть эта фаза молекулярной эволюции. В 1950-е гг. нобелевский лауреат Гарольд Юри и его аспирант Стэнли Миллер смешали газы (водород, аммиак, метан, водяной пар), составлявшие, по их мнению, атмосферу ранней Земли, пропустили через газовый коктейль электричество, чтобы имитировать удары молний, и сделали знаменитое заявление о том, что получившаяся в результате бурая слизь содержит аминокислоты — кирпичики, из которых строятся белки. Хотя дальнейшие исследования показали, что первоначальные газовые смеси, которые изучали Миллер и Юри, не отражали корректно химический состав ранней атмосферы Земли, в аналогичных экспериментах с другими газовыми смесями, которые его отражали (включая смесь, составленную Миллером и Юри для имитации токсичных выбросов действующих вулканов, которые, как ни странно, оставались неисследованными на протяжении более чем полстолетия[80]), аминокислоты были получены не менее успешно. Более того, аминокислоты с тех пор обнаружены даже в межзвездных облаках, кометах и метеоритах. Так что весьма вероятно, что химический бульон на юной Земле вполне способен был произвести самокопирующиеся РНК-молекулы с самыми разными наборами аминокислот.

А теперь представьте, что по ходу репликации молекул РНК случайная мутация запустила нечто новое: РНК-мутант «уговорила» некоторые аминокислоты в окружающем бульоне собраться в цепочки и образовать первые рудиментарные белки (запустились грубые версии тех процессов, которые в настоящее время протекают в рибосомах).

Если при этом совершенно случайно оказалось, что некоторые из этих простейших белков повышают эффективность репликации РНК — в конце концов, катализ химических реакций есть одна из функций белков, — то эти белки ожидает щедрая награда: белки приведут мутантную форму РНК к доминированию, а большое количество мутантных молекул РНК поможет синтезировать больше белков.

Вместе они образуют химическую положительную обратную связь, которая сделает случайную молекулярную аберрацию нормой. Со временем продолжающиеся молекулярные «махинации», возможно, наткнутся на следующую химическую новость: двойную молекулу, напоминающую садовую лестницу, — некую рудиментарную форму ДНК, которая окажется более стабильной и более эффективной структурой для молекулярного копирования и потому постепенно узурпирует процессы репликации и сместит РНК на вспомогательные роли. Случайное образование молекулярных мешочков — стенок клетки — еще повысит приспособленность, сосредоточив химические вещества в ограниченных областях и обеспечив им защиту от внешних помех. Новинки распространятся по всей химической популяции, и все структуры, необходимые для рудиментарных клеток, будут в наличии[81].

Так родится клетка.

РНК-мир всего лишь одна из многочисленных гипотез, в которой особое значение придается генетическому компоненту жизни: молекулам, которые содержат в себе информацию и путем репликации передают ее последующим поколениям. Если гипотеза подтвердится, нам придется разбираться и с возникновением самой РНК; не исключено, что она могла появиться на еще более раннем этапе молекулярной эволюции из еще более простых химических составляющих. Другие гипотезы уделяют больше внимания метаболическому компоненту живого мира: молекулам, которые служат катализаторами реакций. Вместо самокопирующейся молекулы, способной играть роль белка, в этих сценариях в качестве отправной точки используются белковые молекулы, способные к репликации. Третьи сценарии рассматривают две совершенно отдельные линии развития, одна из которых ведет к появлению молекул, способных к самовоспроизведению, а вторая — молекул, способных служить катализаторами химических реакций; только позже оба эти процесса сливаются с образованием клетки, способной выполнять базовые функции размножения и обмена веществ.

Существует также множество предположений о том, где впервые сформировались химические предшественники жизни. Некоторые исследователи утверждают, что небрежное замечание Дарвина о «теплом мелком прудике» не слишком перспективно, потому что сотни миллионов лет на Землю обрушивался настоящий дождь каменных обломков, что делало ее поверхность не особенно гостеприимной[82].

Тем не менее биолог Дэвид Димер предположил, что для возникновения жизни необходима среда, в которой чередуются влажный и сухой периоды, как на кромке воды у берега пруда или озера. Исследования его команды показали, что циклическое чередование влажного и сухого периодов может подтолкнуть липиды к образованию мембран — клеточных стенок, внутри которых молекулярные фрагменты можно побудить соединяться в более длинные цепочки, сходные с РНК и ДНК[83]. Химик Грэм Кернс-Смит предположил, что кристаллы — системы, растущие за счет постоянного присоединения атомов и выстраивания из них упорядоченной повторяющейся структуры, — в микропорах глинистых оснований могли стать ранней системой самокопирования и предвестником подобного поведения у более сложных органических молекул на пути к жизни[84]. Еще одним убедительным вариантом, разработанным и предложенным геохимиком Майком Расселом и биологом Биллом Мартином, являются трещины на дне океана, из которых поднимаются теплые, насыщенные минералами струи, порождаемые взаимодействием морской воды с породами, составляющими мантию Земли[85]. Эти так называемые щелочные гидротермальные жерла представляют собой известковые трубы, поднимающиеся со дна океана — некоторые из них вырастают до высоты более 50 м, выше статуи Свободы, — и полные щелей и отверстий, через которые непрерывно вытекает энергичный поток химических соединений. Гипотеза состоит в том, что внутри многочисленных завихрений, возникающих в этих башнях, молекулярный дарвинизм творит свое химическое волшебство, создавая репликаторы, которые со временем становятся все более сложными и хитроумными и в конечном итоге порождают жизнь на Земле.

Исследования в этой области ведутся на самых передовых рубежах науки. Лабораторные попытки воспроизвести эти процессы интересны, но пока не дают однозначных результатов. Нам еще только предстоит создать жизнь с нуля. Я не сомневаюсь, что однажды, возможно скоро, нам это удастся. Пока же формируется общий научный нарратив по вопросу происхождения жизни. После того как молекулы обретают способность к репликации, случайные ошибки и мутации начинают питать молекулярный дарвинизм, продвигая химические составы вдоль важнейшего вектора увеличения приспособленности. На протяжении сотен миллионов лет этот процесс вполне способен выстроить химическую архитектуру жизни.

Физика информации

К этому моменту вы, возможно, уже пришли к выводу, что молекулы жизни, должно быть, прекрасно освоили курс органической химии. В противном случае откуда бы им знать все, что они, кажется, знают? Откуда ДНК знает, что нужно расщепиться пополам и дополнить обнажившиеся основания комплементарными основаниями, образовав таким образом точную копию первоначальной молекулы? Откуда РНК известно, что нужно делать копии отдельных участков ДНК, переносить эту информацию к соответствующим клеточным структурам, где другие, но родственные молекулы знают, как считать с этих участков генетический код и связать из подходящих цепочек аминокислот действующие белки?

Разумеется, молекулы ничего этого не знают. Их поведение управляется слепыми, неразумными законами физики. Но вопрос остается: как получается, что молекулы раз за разом надежно и точно реализуют поразительно хитроумную серию сложных химических процессов? Все это заставляет вспомнить перефразированный мною главный вопрос Шрёдингера из книги «Что такое жизнь?». Толкотня и блуждание молекул внутри камня управляется законами физики. Толкотня и блуждание молекул внутри кролика тоже управляется законами физики. Чем же они различаются? Теперь мы увидели, что частицы в кролике испытывают на себе дополнительное влияние внутреннего информационного архива кролика, его клеточного «программного обеспечения». При этом важно — критически, жизненно важно, — что эта информация не упраздняет законы физики. Их ничто не может упразднить. Вместо этого, примерно как водяная горка не упраздняет законы гравитации, но благодаря своей форме ведет съезжающего по особой траектории, по которой он без нее не стал бы двигаться, так и клеточное «программное обеспечение» кролика исполняется при помощи химических приспособлений, которые благодаря своей форме, структуре и составляющим ведут различные молекулы по траекториям, по которым они в иной ситуации тоже не стали бы двигаться.

Как работают такие молекулярные проводники? Благодаря конкретному расположению составляющих ее атомов данная конкретная молекула, в принципе, может притягивать эту аминокислоту, отталкивать ту и совершенно никак не реагировать на присутствие остальных. Или, подобно подходящим друг к другу кирпичикам Лего, данная молекула может стыковаться только с одной конкретной другой молекулой. Все это физика. Когда атомы и молекулы отталкиваются, или притягиваются, или стыкуются между собой — это проявляется действие электромагнитных сил. Следовательно, смысл в том, что информация в клетке не абстрактна. Это не свободно плавающий набор инструкций, которые клетка должна выучить, запомнить и исполнить. Нет, эта информация кодируется непосредственно расположением атомов в молекулах; именно благодаря их расположению одни молекулы побуждают другие молекулы отскочить от них, или притянуться, или провзаимодействовать неким способом, который продвигает такие клеточные процессы, как рост, ремонт или воспроизведение. Несмотря на то что обитающие в клетке молекулы не имеют ни намерений, ни целей и несмотря на полное отсутствие в них сознания, их физическая структура позволяет им выполнять высокоспециализированные задачи.

В этом смысле процессы жизни представляют собой молекулярные блуждания, полностью описываемые физическими законами, которые одновременно с этим рассказывают более высокоуровневую историю, основанную на информации. Для камня никакой высокоуровневой истории не существует. Описав при помощи законов физики толкотню и блуждание молекул камня, вы завершите дело. Но когда вы при помощи тех же самых законов физики опишете толкотню и блуждание молекул кролика, дело будет не завершено. Далеко не завершено. На редукционистский сюжет накладывается целая дополнительная история, повествующая об уникальных внутренних молекулярных структурах кролика, которые управляют целым спектром изумительно организованных молекулярных взаимодействий, и именно они реализуют высокоуровневые процессы внутри клеток кролика.

На самом деле для кролика, да и для нас тоже, такая биологическая информация организуется также на более крупных масштабах, управляя процессами не только внутри отдельных клеток, но и в наборах клеток и порождая фирменный признак скоординированной сложности. Когда вы протягиваете руку за чашкой кофе, движение каждого атома, входящего в состав каждой молекулы в вашей руке, плече, торсе и мозге, полностью управляется законами физики. Повторим еще раз и с выражением: жизнь не противоречит и не может противоречить физическим законам. Ничто не может. Но тот факт, что громадное число ваших молекул может действовать согласованно и координировать свое движение так, чтобы в результате ваша рука потянулась через стол, а ваши пальцы надежно ухватили бы чашку, отражает богатство биологической информации, воплощенной в атомных и молекулярных структурах и управляющей множеством сложных молекулярных процессов.

Жизнь — это организованная физика.

Термодинамика и жизнь

Эволюция, согласно Дарвину, направляет развитие структур от молекул до единичных клеток и сложных многоклеточных организмов.

Энтропия, по Больцману, прокладывает курс развертывания физических систем, от распространения ароматов до пыхтения тепловых машин и горения звезд. Жизнь подвержена обоим этим ведущим влияниям: жизнь возникла и совершенствовалась посредством эволюции. Жизнь, подобно всем физическим системам, подчиняется диктату энтропии. В последней паре глав книги «Что такое жизнь?» Шрёдингер исследовал кажущееся противоречие между тем и другим. Когда вещество сплавляется в жизнь, она поддерживает порядок на больших промежутках времени. А когда жизнь воспроизводит себя, она генерирует дополнительные наборы молекул, также организованные в упорядоченные структуры. Где же во всей этой истории энтропия, беспорядок и второе начало термодинамики?

Шрёдингер в своем ответе объяснил, что организмы противостоят переходу к более высокому уровню энтропии благодаря тому, что «питаются отрицательной энтропией»[86]; эта формулировка не один десяток лет порождала путаницу и едкую критику. Ясно, однако, что у Шрёдингера, хотя он и пользовался немного иным языком, речь шла все о том же явлении, о котором говорили и мы с вами: об энтропийном тустепе. Живые существа не могут существовать изолированно, так что любое применение второго начала должно включать в рассмотрение и окружающую среду. Возьмите хотя бы меня. Более полувека я успешно удерживаю свою энтропию, не позволяя ей взлететь до небес. Чтобы добиться этого, я принимаю внутрь упорядоченные структуры (по большей части овощи, орехи и зерновые), медленно сжигаю их (в ходе окислительно-восстановительных реакций электроны из пищи каскадом сыплются по ступеням амфитеатра и в конечном итоге соединяются с кислородом воздуха, который я вдохнул), использую высвобожденную энергию для обеспечения различных метаболических процессов и сбрасываю энтропию в окружающую среду с отходами жизнедеятельности и теплом. В целом этот тустеп позволяет моей энтропии обманывать, на первый взгляд, второе начало, а среда старательно прикрывает мне спину, принимая в себя энтропийные излишки. Процесс горения, хранения и высвобождения энергии для обеспечения клеточных функций сложнее, чем соответствующий процесс обеспечения работы паровых машин, но, энтропийно говоря, основные физические процессы там и там одинаковы.

Информация и живучесть

Помимо выбранных Шрёдингером слов, есть еще одна, менее яркая причина для беспокойства — происхождение высококачественной низкоэнтропийной пищи. Проследив пищевую цепочку от животных вниз, мы видим растения, которые питаются непосредственно солнечным светом. Их энергетический цикл представляет собой еще один пример энтропийного тустепа. Влетающие солнечные фотоны, поглощаемые растительными клетками, загоняют электроны на более высокие энергетические уровни; затем клеточная «машинерия» использует эту энергию (через серию ОВР, которые аккуратно проводят электроны вниз по ступенькам лестницы амфитеатра) для питания различных клеточных функций. Таким образом, фотоны с Солнца и есть та самая низкоэнтропийная, качественная пища, которую растения поглощают, используют для жизненных процессов, а затем выпускают в высокоэнтропийной вырожденной форме в виде отходов (за каждый фотон, полученный от Солнца, Земля посылает обратно в пространство менее упорядоченный набор из пары десятков энергетически истощенных и широко разбросанных инфракрасных фотонов)[87].

Идя дальше по следу низкоэнтропийного источника, мы выясняем происхождение Солнца, что аккуратно стыкуется с гравитационной историей из главы 3: сила тяжести сжимает газовые облака в звезды, понижая их внутреннюю энтропию и посредством высвобождения теплоты повышая энтропию окружающей среды. В конечном итоге вспыхивают ядерные реакции, звезды зажигаются и вовне устремляются потоки фотонов. Если звезда, о которой идет речь, — Солнце, то фотоны, которые достигают Земли, становятся тем самым низкоэнтропийным источником энергии, что питает метаболизм растений. Отсюда понятно, почему исследователи часто говорят, что гравитация поддерживает жизнь. Это правда, но к настоящему моменту вы уже знаете, что я предпочитаю распределять заслуги более справедливо. Гравитация заслуживает хвалы, поскольку благодаря ей образуются сгущения вещества и стабильная звездная среда, но следует похвалить и ядерный синтез за неустанное — на протяжении миллионов и миллиардов лет — производство стабильного потока высококачественных фотонов.

Таким образом, ядерное взаимодействие в тандеме с гравитацией — вот источник живительного низкоэнтропийного топлива.

Общая теория жизни?

В лекциях 1943 г. Шрёдингер подчеркивал, что поток научных достижений в последнее время настолько плотен, что «стало почти невозможно одному человеку охватить более чем небольшой специализированный кусочек»[88]. Вследствие этого он призвал мыслителей расширять область своей компетентности, чаще выходя за рамки традиционного интеллектуального поля деятельности. В книге «Что такое жизнь?» он открыто применил научную подготовку, интуицию и здравый смысл физика к исследованию загадок биологии.

В последующие десятилетия, по мере того как знание становилось все более специализированным, расширялась и когорта исследователей, продолжавших поддерживать призыв Шрёдингера к междисциплинарности. Откликнулись на него многие. Исследователи с подготовкой в нескольких областях, таких как физика высоких энергий, статистическая механика, компьютерные науки, теория информации, квантовая химия, молекулярная биологи и астробиология, а также многих других, открыли новые перспективные способы изучения природы жизни. Я завершу эту главу подробным рассказом об одном таком достижении, которое продолжает нашу термодинамическую тему и, если программа завершится успехом, когда-нибудь, возможно, поможет ответить на некоторые из самых глубоких вопросов науки. Может ли жизнь быть настолько маловероятной возможностью, что она возникла лишь однажды во Вселенной, содержащей сотни миллиардов галактик, в каждой из которых сотни миллиардов звезд, многие из которых имеют планеты? Или жизнь — это естественный и, возможно, даже неизбежный результат определенных базовых и относительно часто встречающихся условий среды — и тогда следует предположить, что космос просто кишит жизнью?

Чтобы хоть как-то подойти к такому всеобъемлющему вопросу, нам потребуются принципы сравнимого масштаба. К настоящему моменту мы видели уже достаточно доказательств широкой применимости термодинамики — физической теории, которую Эйнштейн называл единственной теорией, о которой он может уверенно заявить: «Она никогда не будет низвергнута»[89]. Возможно, при анализе природы жизни — ее происхождения и эволюции — мы сможем продвинуть термодинамическую перспективу еще дальше.

В последние несколько десятилетий ученые занимаются именно этим. Появилась новая исследовательская дисциплина (называемая неравновесной термодинамикой), которая систематически анализирует ситуации того рода, который мы постоянно встречаем: высококачественная энергия циркулирует по системе, питая энтропийный тустеп и позволяя таким образом системе сопротивляться тяге к внутреннему беспорядку, который в противном случае взял бы верх. Бельгийский специалист по физической химии Илья Пригожин, получивший в 1977 г. Нобелевскую премию за новаторскую работу в этой области, разработал математический аппарат для анализа конфигурации материи, которая, получая энергию от непрерывного источника, может спонтанно становиться упорядоченной. Пригожин называл это «порядок из хаоса». Если у вас в школе хорошо преподавали физику, вы, возможно, слышали о простом, но весьма впечатляющем примере — ячейках Бенара. Нагрейте плоское блюдце с лужицей вязкого масла. Поначалу почти ничего не происходит. Но по мере того, как вы постепенно повышаете энергию, протекающую через жидкость, случайные молекулярные движения вдруг сговариваются и порождают порядок. Глядя на масло сверху, вы увидите, как оно образует коллекцию маленьких шестиугольных клеточек. Глядя сбоку, вы заметите, как жидкость движется стабильным и регулярным образом, поднимаясь от подножия каждой шестиугольной ячейки, достигает верхушки и затем опускается обратно ко дну ячейки.

С точки зрения второго начала термодинамики такая спонтанная упорядоченность совершенно неожиданна. Она возникает, потому что молекулы жидкости подвержены определенному влиянию среды: их постоянно нагревают. И такое непрерывное вливание энергии производит значительный эффект. В любой системе время от времени возникают спонтанные флуктуации, в результате которых на мгновение образуется маленький локальный участок с упорядоченной структурой. Обычно такие локальные флуктуации быстро рассеиваются в неупорядоченную форму. Но анализ Пригожина показал, что молекулы, выстроенные в определенные паттерны, начинают мастерски поглощать энергию и это предписывает им другое поведение. Если физическая система получает от среды стабильный поток концентрированной энергии, то особые молекулярные структуры могут использовать эту энергию на поддержание и даже усиление своей упорядоченной формы; при этом энергию они сбрасывают в вырожденном виде (менее доступном, более рассеянном) обратно в окружающую среду. Упорядоченные паттерны рассеивают энергию и поэтому называются диссипативными структурами. Полная энтропия, с учетом среды, возрастает, но, стабильно закачивая энергию в систему, мы можем создавать и поддерживать порядок при помощи устойчивого энтропийного тустепа.

Описание Пригожина идет рука об руку с физическим объяснением того, как организмы борются с энтропийной деградацией, восходящим еще к Шрёдингеру. Не то чтобы клетки Бернара были живыми, но живые существа тоже являются диссипативными структурами — получают энергию из окружающей среды, используют ее для поддержания или развития своей упорядоченной формы и выпускают эту энергию в вырожденном виде обратно в окружающую среду. Результаты Пригожина математически точно отражают его девиз «Порядок из хаоса»; в дальнейшем многие исследователи высказывали предположения, что, развивая математический аппарат, возможно, удастся разобраться в том, как необходимые для жизни упорядоченные молекулы родились из хаоса беспорядочного молекулярного движения, происходившего на ранней Земле.

Из многочисленных участников этой программы особенно интересна недавняя работа Джереми Ингленда (расширяющая более ранние результаты, полученные исследователями, в число которых входили Кристофер Яржински и Гэвин Крукс)[90]. При помощи остроумных математических манипуляций Ингленд сумел вычленить следствия, вытекающие из второго начала термодинамики при применении его к системам, питаемым внешним источником энергии. Чтобы получить некоторое представление о его результате, представьте себя на детских качелях. Каждый ребенок интуитивно знает: чтобы раскачать качели и поддерживать их ровное ритмичное движение, нужно вытягивать ноги (и наклоняться) с правильной частотой и в нужные моменты. Частота эта, согласно основам физики, зависит от расстояния между сиденьем качелей и осью или опорой, вокруг которой они поворачиваются. Если качать ногами с неверной частотой, несовпадение ритма помешает качелям эффективно поглощать поставляемую вами энергию, поэтому сильно раскачаться не удастся. Представьте, однако, что данные конкретные качели имеют необычное свойство: когда вы качаете ногами, длина качелей меняется, уравнивая период их движения с движением ваших ног. Такая «адаптация» позволяет качелям быстро войти в ритм, принять предлагаемую вами энергию и набрать хорошую высоту на каждом цикле. После этого энергия ваших действий (качания ногами) продолжает поглощаться качелями, но не заставляет их раскачиваться еще выше. Вместо этого энергия, которую вы подаете, помогает сохранять стабильность движения качелей, уравновешивая тормозящую силу трения и выделяя в процессе этого отходы (теплоту, звук и т. п.), которые уходят обратно в окружающую среду и рассеиваются там (при условии, что вы не сорвиголова, как моя дочь, которая, дождавшись высшей точки подъема качелей, спрыгивает с них и взлетает, а затем рассеивает энергию кувырканием по земле).

Математический анализ Ингленда показывает, что в молекулярном царстве частицы, которые «подталкиваются» внешней силой, могут переживать что-то подобное вашей эскападе с качелями. Первоначально беспорядочный набор частиц может адаптировать свою конфигурацию так, чтобы «попасть в колею» — образовать структуру, которая, более эффективно поглощая энергию из окружающей среды, использует ее для поддержания или усиления упорядоченного внутреннего движения или структуры, а затем рассеивают эту энергию в вырожденном виде обратно в окружающую среду.

Ингленд называет этот процесс диссипативной адаптацией. Потенциально это универсальный механизм, при помощи которого можно побудить определенные молекулярные системы стронуться с места и станцевать энтропийный тустеп. А поскольку именно это живые существа и делают, чтобы жить (берут высококачественную энергию, используют ее, а затем возвращают в окружающую среду низкокачественную энергию в форме тепла и других отходов), очень может быть, что диссипативная адаптация сыграла важную роль в происхождении жизни[91]. Ингленд отмечает, что репликация сама по себе есть мощный инструмент диссипативной адаптации: если небольшая группа частиц научилась хорошо усваивать, использовать и отдавать энергию, то две такие группы справятся с задачей еще лучше; так же и четыре группы, и восемь и так далее. Следовательно, способные к самокопированию молекулы, возможно, являются ожидаемым результатом диссипативной адаптации. А как только на сцене появляются самокопирующиеся молекулы, в дело вступает молекулярный дарвинизм и начинается движение к жизни.

Эти идеи пока находятся на ранних стадиях разработки, но я не могу не думать о том, что они прибавили бы Шрёдингеру счастья. Используя фундаментальные физические принципы, мы разработали представление о Большом взрыве, образовании звезд и планет, о синтезе сложных атомов и теперь определяем, как эти атомы могли бы организоваться в самокопирующиеся молекулы, приспособленные к извлечению энергии из окружающей среды для строительства и поддержания устойчивых упорядоченных форм. Зная, как молекулярный дарвинизм отбирает все более приспособленные молекулярные группы, мы можем представить, как некоторые из них могли выработать умение хранить и передавать информацию. «Руководство по эксплуатации», передаваемое от одного молекулярного поколения другому и сохраняющее проверенные в деле стратегии приспособления, — мощное оружие на пути к молекулярному главенству. А действуя на протяжении сотен миллионов лет, эти процессы вполне могли потихоньку слепить и первую жизнь.

Не ясно, уцелеют ли те или иные аспекты этих идей после будущих открытий, но контуры истории жизни с точки зрения физики однозначно обретают форму. И если эта история окажется настолько общей, насколько позволяют надеяться недавние исследования, то вполне может оказаться, что жизнь — явление в космосе совершенно обычное. Это невероятно увлекательно, но жизнь — это одно, а разумная жизнь — совсем другое. Обнаружение микробов на Марсе или на спутнике Юпитера Европе стало бы эпохальным открытием. Но при этом мы как мыслящие, общающиеся и творческие существа по-прежнему были бы одиноки.

Что же в таком случае представляет собой путь от жизни к сознанию?

5

Частицы и сознание

От жизни к разуму

Где-то в промежутке между первыми прокариотическими клетками 4 млрд лет назад и человеческим мозгом с его 90 млрд нейронов, объединенных в сеть со 100 трлн синаптических связей, появилась способность мыслить и чувствовать, любить и ненавидеть, бояться и уважать, жертвовать и поклоняться, воображать и творить — новообретенные качества, которым суждено было дать толчок как впечатляющим достижениям, так и несказанному разрушению. «Ибо все начинается с сознания, и ничто помимо него не имеет значения»[92] — сказал Альбер Камю. Тем не менее вплоть до последних лет слово «сознание» совсем не приветствовалось в точных науках. Конечно, дряхлым исследователям на закате карьеры можно было простить обращение к пограничной теме разума, но целью ведущих научных исследований является познание объективной реальности. А для многих долгое время сознание не укладывалось в эту категорию. Голос, болтающий в вашей голове… ну, он же слышен только в вашей голове.

Согласитесь, забавная ситуация. Декартово «Мыслю, следовательно, существую» неплохо характеризует наши отношения с реальностью.

Все остальное может оказаться иллюзией, но мышление — единственная вещь, в которой может быть уверен даже заядлый скептик. Независимо от слов Амброза Бирса: «Я думаю, что я думаю, поэтому я думаю, что существую»[93], если вы думаете, то аргументы в пользу того, что вы существуете, весьма убедительны. Для науки не обращать внимания на сознание означало бы отвернуться от той самой вещи — единственной вещи, на которую мы можем рассчитывать. В самом деле, на протяжении тысяч лет многие люди отрицают полный конец жизни, возлагая экзистенциальные надежды на сознание. Тело умирает. Это явно, очевидно, бесспорно. Но наш несмолкающий, кажется, внутренний голос вкупе с огромным количеством мыслей, ощущений и эмоций, наполняющих каждый наш субъективный мир, беседует с бесплотной сущностью, которая, как представляют себе некоторые, выходит за рамки низменных фактов физического существования. Атман, анима, бессмертная душа — этой сущности дано множество имен, но все они ассоциируются с верой в то, что наше осознанное «я» подключено к чему-то, что переживет физическую форму, — чему-то, что выходит за рамки традиционной механистической науки. Мало того, что разум — это наша привязка к реальности; возможно, это также наша привязка к вечности.

Именно здесь кроется самое внятное указание на то, почему точные науки долгое время отвергали все, что связано с сознанием. Наука реагирует на разговоры о «царствах», недосягаемых для физических законов, раздраженной гримасой, разворотом на каблуках и поспешным возвращением в лабораторию. Такая насмешливость представляет доминирующее отношение науки, но она же подчеркивает критическую прореху в научном нарративе. Нам еще только предстоит сформулировать строгое научное объяснение феномена и опыта сознания. У нас нет исчерпывающего описания того, как сознание проявляет внутренний мир образов, звуков и ощущений. Мы пока не можем ответить — по крайней мере ответить достойно и в полной мере — на утверждения о том, что сознание стоит вне традиционной науки.

И вряд ли имеющаяся прореха будет заполнена в сколько-нибудь ближайшее время. Почти каждый, кому случалось задуматься о мышлении, понимает, что расколоть сознание и объяснить наш внутренний мир в чисто научных терминах — один из наиболее серьезных вызовов, стоящих перед нами.

Исаак Ньютон разжег пламя современной науки, отыскав закономерности в доступных человеческим чувствам областях реальности и систематизировав их в своих законах движения. За прошедшие с тех времен столетия мы поняли, что для продолжения дела Ньютона нам необходимо проложить три пути. Нам нужно понять реальность на масштабах значительно более мелких, чем те, что рассматривал Ньютон; этот путь привел к квантовой физике, которая объяснила поведение элементарных частиц и, помимо всего прочего, биохимические процессы, лежащие в основании жизни. Нам нужно понять реальность и в масштабах значительно более крупных, чем те, что рассматривал Ньютон; этот путь привел к общей теории относительности, которая объяснила гравитацию и, помимо всего прочего, образование звезд и планет, необходимых для появления жизни. И для продвижения на третьем фронте — а этот путь самый извилистый и запутанный из всех — нам нужно понять реальность на порядки сложнее, чем те, что рассматривал Ньютон; мы считаем, что этот путь ведет нас к объяснению того, как большие группы частиц могут, объединившись, породить жизнь, а затем и разум.

Сосредоточив мощь своего интеллекта на сильно упрощенных задачах — проигнорировав, к примеру, бурлящие внутренние структуры Солнца и планет и рассмотрев каждый из этих объектов как твердый однородный шар, — Ньютон поступил правильно. Искусство научных исследований, которым мастерски владел Ньютон, состоит в разумном упрощении задачи, которое делает ее решаемой, сохраняя при этом суть задачи в достаточной мере, чтобы гарантировать осмысленность и верность сделанных выводов. Проблема в том, что упрощения, эффективные для одного класса задач, могут оказаться совершенно негодными для другого. Смоделируйте планеты в виде твердых шаров, и вы сможете легко и точно рассчитать их траектории. Смоделируйте свою голову в виде твердого шара, и выводы о природе разума окажутся менее информативными. Но для того, чтобы отбросить непродуктивные аппроксимации и обнажить внутренние механизмы системы, содержащей так много частиц, как мозг, — достойная задача, — потребовалось бы овладеть уровнем сложности, выходящим фантастически далеко за пределы возможностей самых хитроумных сегодняшних математических и вычислительных методов.

В последние годы произошли заметные изменения. Был обнаружен доступ к наблюдаемым и измеримым характеристикам мозговой деятельности, которые по меньшей мере обеспечивают доступ к процессам, достоверно сопровождающим сознательный опыт. Когда исследователи могут при помощи функциональной магнитнорезонансной томографии проследить в мельчайших подробностях ток крови, обеспечивающий нервную деятельность, или ввести глубоко в мозг зонды и регистрировать электрические импульсы срабатывания отдельных нейронов, или отследить при помощи электроэнцефалографии электромагнитные волны, пробегающие по мозгу, и когда полученные данные демонстрируют четкие закономерности, отражающие как наблюдаемое поведение, так и отчеты о внутренних переживаниях, аргументы в пользу того, что мы приближаемся к пониманию сознания как физического явления, существенно усиливаются. На самом деле некоторые отчаянные исследователи, вдохновленные этими достижениями, решили, что пора уже разработать научную основу для опыта сознания.

Сознание и рассказывание историй

Несколько лет назад во время доброжелательного, но горячего обмена мнениями о роли математики в описании Вселенной я эмоционально сказал ведущему ночной телепрограммы, что он всего лишь мешок частиц, управляемых законами физики. Я не шутил, хотя он, не моргнув глазом, перевел все в шутку: «Ого! Классная реплика для комедии!» Мои слова не были и подколкой — ведь в этом смысле все, что верно для него, точно так же верно и для меня. Нет, это замечание выскочило из моих глубоко укоренившихся редукционистских убеждений, согласно которому, до конца поняв поведение фундаментальных кирпичиков Вселенной, мы сможем рассказать строгую и непротиворечивую историю реальности. У нас нет пока под рукой законченного черновика этой истории, поскольку множество проблем на переднем крае исследований остаются нерешенными, и с некоторыми из них мы вскоре встретимся. Тем не менее я способен представить себе будущее, в котором ученые смогут дать математически полное описание фундаментальных микрофизических процессов, лежащих в основе всего происходящего — где бы то ни было и когда бы то ни было.

В такой перспективе есть что-то утешительное, что-то, что перекликается с мнением Демокрита, высказанным 2500 лет назад: «Сладкое есть сладкое, горькое есть горькое, горячее есть горячее, холодное есть холодное, цвет есть цвет; но на самом деле существуют только атомы и пустота»[94]. Смысл в том, что всё рождается из одного и того же набора ингредиентов, управляемого одними и теми же физическими принципами. И эти принципы, о чем свидетельствуют несколько сотен лет наблюдений, экспериментов и теоретизирования, будут, скорее всего, выражены несколькими символами, объединенными в небольшую группу математических уравнений. Это и есть элегантная Вселенная[95].

Каким бы ярким ни было подобное описание, оно тем не менее осталось бы одной из многих историй, которые мы создаем. Мы обладаем способностью смещать приоритеты, менять степень детализации и вообще взаимодействовать с миром самыми разными способами. Если полное редукционистское описание должно обеспечить прочный научный фундамент, то другие описания реальности, другие истории дают нам результаты, которые многим представляются более осмысленными, потому что они ближе к той реальности, которую мы воспринимаем непосредственно. В некоторых из этих историй, как мы уже видели, не обойтись без новых концепций и нового языка. Энтропия помогает нам сложить историю о случайности и организации в больших наборах частиц — не важно, распространяются ли они в виде аромата из вашей духовки или объединяются в звезды. Эволюция помогает создать историю о приспособлении и отборе, когда наборы молекул — живые или нет — самовоспроизводятся, мутируют и постепенно адаптируются к своей среде.

Еще более осмысленной многие считают историю, посвященную сознанию. Разобраться с мыслями, эмоциями и памятью — значит разобраться в самой сути человеческого опыта. Кроме того, эта история требует подхода, качественно отличающегося от всего, что мы разбирали ранее. И энтропию, и эволюцию, и жизнь можно изучать «снаружи». Их истории можно рассказывать полностью от третьего лица. Мы свидетели этих историй, и, если мы будем достаточно усердны, рассказ у нас получится исчерпывающий. Эти истории записаны в открытых книгах.

История, где речь пойдет о сознании, не такая. История, которая вторгается во внутренние зрительные или звуковые ощущения, в чувства радости или печали, утешения или горя, покоя или тревоги, должна рассказываться от первого лица. Это история, информацию для которой дает внутренний голос осознанности, считывающий ее с личного сценария, автором которого является, судя по всему, каждый из нас. Я не только имею опыт восприятия субъективного мира, но и непосредственно ощущаю, что изнутри этого мира я управляю своими действиями. Несомненно, что, когда дело доходит до ваших действий, вы испытываете схожие ощущения. Плевать на законы физики; я мыслю, следовательно, я управляю. Для понимания Вселенной на уровне сознания необходима история, которая сможет совладать с сугубо личной и независимой, на первый взгляд, субъективной реальностью.

Чтобы пролить свет на сознательное восприятие, нам нужно решить две отдельные, но связанные между собой проблемы. Может ли материя сама по себе породить ощущения, которыми наполнено сознательное восприятие? Может ли наше чувство самостоятельности быть не чем иным, как действием законов физики на вещество, из которого состоят мозг и тело? На эти вопросы Декарт отвечал уверенным «нет». По его мнению, очевидная разница между веществом и сознанием отражает глубокую пропасть между ними. Во Вселенной есть физическое содержание. Во Вселенной есть сознательное содержание. Физическое содержание может влиять на сознательное, а сознательное содержание может влиять на физическое. Но два эти типа содержания различны. На современном языке это можно было бы сформулировать так: мысли не состоят из атомов и молекул.

Позиция Декарта привлекательна. Я лично могу засвидетельствовать, что столы и стулья, кошки и собаки, трава и деревья отличаются от мыслей в моей голове; подозреваю, что и вы поддержали бы такое отношение. Почему частицы, из которых состоят осязаемые объекты внешней реальности, и физические законы, которые ими управляют, должны иметь какое-то отношение к объяснению моего внутреннего мира осознанного опыта? В таком случае нам, возможно, стоит ожидать, что описание сознания окажется не просто высокоуровневой историей, которая переносит фокус извне вовнутрь, но историей принципиально иного типа — историей, для которой потребуется концептуальная революция, сравнимая с революциями, связанными с квантовой физикой и теорией относительности.

Я всецело за интеллектуальные революции. Нет ничего более захватывающего, чем открытие, которое переворачивает общепринятый взгляд на мир с ног на голову. Далее мы поговорим о потрясениях, которые, по мнению некоторых исследователей сознания, нас ожидают. Но по причинам, которые станут ясны чуть позже, я подозреваю, что на самом деле сознание менее загадочно, чем кажется. Перекликаясь с тем моим восклицанием в ночном телеэфире и — что важнее — с частью исследователей, посвятивших свою профессиональную жизнь этим вопросам, я выскажу надежду, что когда-нибудь мы сумеем объяснить сознание при помощи одних только общепринятых представлений о частицах, из которых состоит вещество, и о физических законах, которые этими частицами управляют. Это тоже произведет своего рода революцию и установит практически неограниченное главенство физического закона, вторгающегося сколь угодно далеко во внешний мир объективной реальности и сколь угодно глубоко во внутренний мир субъективного опыта.

В тени

Не все функции мозга заслуживают такого почтения, какого удостаивается сознание. Значительная часть неврологической активности организуется на другом уровне и не выходит на поверхность осознанного восприятия. Когда вы любуетесь закатом, ваш мозг стремительно обрабатывает данные, получаемые от триллионов фотонов, попадающих каждую секунду на рецепторы вашей сетчатки, усердно интерполирует изображение, чтобы перекрыть слепое пятно (место в каждом глазу, где зрительный нерв присоединяется к сетчатке, доставляя данные в боковое коленчатое ядро вашего мозга и далее, в зрительную зону коры), непрерывно компенсируя при этом движение ваших глаз и головы, внося поправки на блокирование и рассеяние фотонов из-за неоднородностей глаза, переворачивая каждое изображение в правильную ориентацию и объединяя части, общие для обоих глаз, и т. д. и т. п.; вы же спокойно созерцаете последние лучи заходящего солнца и даже не подозреваете, сколько всего происходит одновременно чуть позади ваших глаз. Аналогично можно описать и то, что происходит, когда вы читаете эти слова. Архитектура восприятия позволяет вам сосредоточиться на концептуальных идеях, обозначаемых словами, а обработку огромных массивов визуальной и лингвистической информации передать мозговым функциям, которые остаются незаметными. Что еще более естественно, вы день за днем ходите, разговариваете, ваше сердце бьется, кровь циркулирует, ваш желудок переваривает пищу, ваши мышцы сокращаются, — и все это происходит само по себе, не требуя от вас ни малейшего внимания.

То, что в мозге протекает множество важных процессов, ускользающих от интроспекции, — идея с долгой историей, излагаемая бесчисленным множеством разных способов. В ведических текстах, написанных 3000 лет назад, уже присутствует представление о бессознательном; ссылки на него продолжали появляться на протяжении веков — ведь проницательные мыслители ощущали присутствие ментальных качеств, недоступных осознанному восприятию: Блаженный Августин — «Ум тесен, чтобы овладеть собой же. Где же находится то свое, чего он не вмещает?»[96], Фома Аквинский — «Разум не видит себя через свою сущность»[97], Уильям Шекспир — «Вы в собственное сердце постучитесь, / Его спросите, знало ли оно…»[98], Готфрид Лейбниц — «Музыка есть таинственная арифметика души, не ведающей, что считает»[99]. Интригуют также процессы, которые кажутся неразличимыми сознанием, но при этом порождают эхо, доступное осознанной обработке. Существует множество историй, к примеру, о том, как бессознательное решает задачи и выдает на-гора неожиданные решения. Один из самых красочных примеров — история немецкого фармаколога Отто Лёви, который в ночь на Пасху 1921 г. ненадолго проснулся и записал на листе бумаги идею, которая только что пришла ему во сне. Утром Лёви ошеломляюще остро почувствовал, что ночная запись содержит важнейшее озарение, но, как он ни старался, расшифровать записку ему не удалось. На следующую ночь ему приснился тот же сон, но на этот раз он не стал медлить, а сразу же отправился в лабораторию и провел по приснившемуся плану эксперимент для проверки давней своей гипотезы о том, что главную роль в клеточной коммуникации играют химические, а не электрические процессы. К понедельнику эксперимент, идея которого пришла к ученому во сне, был проведен, и его успех в конечном итоге принес Лёви Нобелевскую премию[100].

В массовой культуре представление о подспудной деятельности разума, как правило, связывают с научным вкладом Зигмунда Фрейда (несмотря на то что был целый ряд ученых, которые высказывали похожие идеи намного раньше Фрейда[101]) и бурными водоворотами подавленных воспоминаний, желаний, конфликтов, фобий и комплексов, пронизывающих, по его мнению, поведение человека вдоль и поперек. В настоящее время ситуация принципиально иная: рассуждения, догадки и интуиция, касающиеся жизни сознания, теперь сталкиваются с данными, которые ранее были недоступны. Исследователи разработали хитроумные способы заглянуть сознанию через плечо и проследить за деятельностью мозга вне пределов осознанного восприятия.

Некоторые из самых поразительных исследований проводятся с участием пациентов, утративших по разным причинам какую-то часть неврологических функций. Хорошо известный случай с больной П. С., перенесшей травму правой части головного мозга, был описан в конце 1980-х гг. Питером Халлиганом и Джоном Маршаллом[102]. Как и ожидалось у пациентов с подобным повреждением мозга, П. С. испытывала трудности с описанием деталей на левом краю любой картинки, которую ей показывали. Она утверждала к примеру, что два нарисованных темно-зеленым карандашом домика одинаковы, хотя левая сторона одного из них была охвачена красным пламенем. Тем не менее при ответе на вопрос о том, в каком из двух домиков она предпочла бы жить, пациентка упорно выбирала тот дом, который не горел. Исследователи утверждали, что, хотя П. С. была не в состоянии осознанно воспринять нарисованное пламя, информация о нем все же скрытно попадала в ее мозг и исподтишка влияла на ее решение.

Здоровый мозг тоже проявляет зависимость от скрытых влияний. Психологи установили, что, даже если вы очень внимательно следите за экраном, картинка, демонстрируемая на нем меньше примерно 40 миллисекунд (и вставленная между более длительной демонстрацией других изображений, известных как «маски»), не попадает в ваше осознанное восприятие. Тем не менее такие подпороговые изображения способны влиять на сознательно принимаемые решения. Знаменитое утверждение о скачке потребления газировки, вызванном демонстрацией подпороговой рекламы «Пейте кока-колу» в кинотеатрах, — всего лишь городская легенда, рожденная в 1950-е гг. переживающим не лучшие времена маркетологом[103]. Однако хитроумные лабораторные эксперименты убедительно доказали существование некоторых конкретных типов скрытых ментальных процессов[104]. Представьте, к примеру, что вы смотрите на экран, где мелькают числа от 1 до 9, а ваша задача — быстро определить, больше это число пяти или меньше. Вы сможете реагировать быстрее, если перед заданным числом на экране будет появляться подпороговое изображение какого-нибудь другого числа, лежащего по ту же сторону от пятерки, что и заданное (к примеру, если перед числом 4 на экране появится подпороговый кадр с числом 3). И наоборот, вы будете реагировать медленнее, если перед заданным числом будет появляться подпороговый кадр с числом, лежащим по другую сторону от пятерки, чем заданное число (к примеру, если перед числом 4 на экране появится подпороговый кадр с числом 7)[105]. Несмотря на то что на сознательном уровне вы не замечаете быстро мелькающие изображения чисел, они тем не менее проскакивают через мозг и влияют на вашу реакцию.

Суть в том, что мозг незаметно координирует регуляторные, функциональные и информационные чудеса. Но, как ни удивительны эти действия мозга, концептуальной загадки они из себя не представляют. Мозг стремительно отправляет и получает сигналы по нервным волокнам, что позволяет ему управлять биологическими процессами и генерировать поведенческие реакции. Пытаясь разграничить именно нейронные пути и физиологические подробности, лежащие в основе таких функций и вариантов поведения, ученые столкнулись с устрашающей задачей нанесения на карту обширных территорий, плотно забитых сложными биологическими схемами, с уровнем точности, выходящим далеко за рамки всего до сих пор достигнутого. Тем не менее все, что мы постепенно узнаём, позволяет предположить, что какой бы сложной ни была эта задача, каких бы огромных резервов креативности и усердия ни требовало ее решение, есть все основания полагать, что знакомые стратегии науки в конечном итоге одержат над ней верх.

И все было бы так, если бы не одно досадное свойство сознания. Когда мы заглядываем чуть дальше задач, выполняемых сознанием, и рассматриваем вместо них ощущения сознания, — тот внутренний опыт, обладать которым и значит, в сущности, быть человеком, — некоторые исследователи меняют свое отношение и высказывают иной, куда менее оптимистичный прогноз в отношении способности традиционной науки во всем разобраться. Это приводит нас к тому, что некоторые называют «трудной проблемой» сознания.

Трудная проблема

В письме к Генри Ольденбургу, одному из самых активных корреспондентов эпохи становления современной науки, Исаак Ньютон отметил: «Определить более полно, что такое Свет. и посредством каких форм или действий он порождает в нашем сознании Фантазмы Цветов, не так просто. И я не буду смешивать гипотезы с определенным знанием»[106]. Ньютон безуспешно пытался объяснить самый простой повседневный опыт: внутреннее ощущение того или иного цвета. Возьмите, к примеру, банан. Конечно, нет ничего особенного в том, чтобы посмотреть на банан и определить, что он желтый. Даже ваш телефон на это способен, если на нем установлена подходящая программа. Но, насколько нам известно, когда ваш телефон сообщает, что банан желтый, он не испытывает внутреннего ощущения желтого.

Он не видит желтого внутренним глазом. Вы видите. И я вижу. И Ньютон видел. Он хотел понять, как же все-таки мы это делаем.

Эта проблема имеет значение не только в плане ментальных «фантазмов» желтого, синего или зеленого. Сейчас, когда я печатаю эти слова под негромкую музыку и закусываю попкорном, я испытываю целый ряд внутренних ощущений: давление на кончики пальцев, соленое послевкусие, великолепные голоса группы Pentatonix мысленный монолог, подбирающий слова для следующей фразы в этом предложении. Ваш внутренний мир принимает эти слова, может быть, вы даже слышите, как их произносит внутренний голос вашего сознания; при этом вас, возможно, отвлекает последний кусочек шоколадного торта, оставшийся в холодильнике. Суть в том, что наше сознание вмещает множество внутренних ощущений — мыслей, эмоций, воспоминаний, образов, желаний, звуков, запахов и много чего еще, — и все это входит составной частью в то, что мы подразумеваем под сознанием[107]. Как в случае с Ньютоном и бананом, проблема в том, чтобы определить, как наш мозг создает и поддерживает эти бурлящие миры субъективного опыта.

Чтобы в полной мере проникнуться глубиной загадки, представьте, что вы обладаете сверхчеловеческой способностью и можете заглянуть в мой мозг и увидеть каждую из его приблизительно тысячи триллионов триллионов частиц — электронов, протонов и нейтронов, увидеть, как они сталкиваются между собой, притягиваются и отталкиваются, плавают и мечутся[108]. В отличие от больших наборов дрейфующих частиц выпекаемого хлеба или частиц, собирающихся в звезду, частицы, образующие мозг, объединены в высокоорганизованную упорядоченную структуру. Тем не менее сосредоточьтесь на любой из частиц, и вы обнаружите, что она взаимодействует с остальными посредством ровно тех же сил, описываемых ровно той же математикой, — и не важно, плавает ли эта частица по вашей кухне, по короне Полярной звезды или по моей префронтальной коре. И в рамках этого математического описания, подтвержденного накопленными за десятилетия данными с ускорителей элементарных частиц и мощных телескопов, нет ничего, что хотя бы намекало на те внутренние переживания, которые эти частицы каким-то образом генерируют. Как может набор безмозглых, лишенных мыслей и эмоций частиц собраться вместе и выдать внутренние ощущения цвета или звука, восторга или благоговения, смущения или удивления? Частицы могут обладать массой, электрическим зарядом и еще несколькими схожими характеристиками (ядерными зарядами, представляющими собой экзотические варианты электрического заряда), но все эти качества кажутся совершенно никак не связанными ни с чем хотя бы отдаленно напоминающим субъективные переживания. Как же тогда вихрь частиц внутри головы — а мозг есть не что иное, как вихрь частиц, — рождает впечатления, ощущения и чувства?

Философ Томас Нагель дал классическое и особенно выразительное описание этого разрыва в объяснениях[109]. Каково, спрашивает он, быть летучей мышью? Представьте себе: паря на упругих струях воздуха над темной землей, вы испускаете непрерывный поток щелчков, которые порождают эхо, отражаясь от деревьев, камней и насекомых, что позволяет вам построить трехмерную карту окружающей местности. По отраженному звуку вы понимаете, что впереди вверху комар, который летит налево; вы бросаетесь к нему и наслаждаетесь вкусняшкой. Поскольку наш способ взаимодействия с миром глубоко отличен от того, которым пользуется летучая мышь, наше воображение способно завести нас во внутренний мир летучей мыши лишь до определенной степени. Не очень далеко. Даже если бы мы владели полной информацией обо всех законах фундаментальной физики, химии и биологии, которые делают летучую мышь летучей мышью, наше описание все равно не смогло бы, скорее всего, добраться до субъективного, «от первого лица», опыта летучей мыши. Каким бы детальным ни было наше материальное понимание, внутренний мир летучей мыши, судя по всему, остался бы недостижимым.

То, что верно для летучей мыши, верно для каждого из нас. Вы представляете собой рой взаимодействующих частиц. Я тоже. И хотя я понимаю, как ваши частицы могут породить ваше сообщение о том, что вы видели желтый цвет (частицам вашего речевого тракта, рта и губ достаточно согласовать свои движения, чтобы получить в результате именно такое внешнее поведение), мне гораздо труднее понять, как эти частицы порождают у вас субъективное внутреннее ощущение желтого цвета. И хотя я понимаю, как ваши частицы могут вызвать вашу улыбку или заставить вас нахмуриться (частицам для этого опять же достаточно просто согласовать подходящим образом свои движения), я не в состоянии понять, как эти частицы порождают у вас внутреннее ощущение радости или грусти. Мало того, хотя я имею прямой доступ к своему собственному внутреннему миру, я также не в состоянии понять, как этот мир складывается из движения и взаимодействия моих же собственных частиц.

Разумеется, я также не в силах объяснить многие другие вещи с твердой редукционистской позиции, от тихоокеанских тайфунов до извергающихся вулканов. Но задача объяснения этих событий, а также других подобных примеров, которыми буквально напичкан этот мир, сводится к тому, чтобы описать сложную динамику фантастически огромного количества частиц. Если бы мы имели техническую возможность это сделать, задача была бы решена[110]. Это потому, что внутреннего ощущения типа «каково быть» тайфуном или вулканом, не существует. У тайфунов и вулканов, насколько нам известно, нет субъективного мира внутреннего опыта. Не может оказаться, что нам не хватает рассказа от первого лица. Но для всего, что обладает сознанием, наше объективное описание от третьего лица оказывается неполноценным.

В 1994 г. молодой австралийский философ Дэвид Чалмерс с длинными, до плеч, волосами вышел на сцену ежегодной конференции по сознанию в Тусоне и назвал эту неполноценность «трудной проблемой» сознания. Это не значит, что «простая проблема» — понимание механики мозговых процессов и ее роли в сохранении воспоминаний, реакции на стимулы и формирование поведения — на самом деле проста. Это значит лишь, что мы можем представить себе, как примерно должно выглядеть решение такого рода проблем; мы можем сформулировать принципиальный подход на уровне частиц или более сложных структур, таких как клетки и нервы, который кажется разумным и органичным. Именно невозможность представить себе такое решение для сознания подвигла Чалмерса высказать свою оценку. Он утверждал, что нам не просто не хватает мостика от лишенных сознания частиц к осознанному опыту; он говорил, что, попытавшись построить такой мостик при помощи редукционистского сценария с использованием частиц и законов, составляющих фундамент физической науки в том виде, в каком мы ее знаем, мы потерпим неудачу.

Это заявление задело чувствительную струну — кому-то ее звук показался гармоничным, кому-то резким и неблагозвучным. С тех пор эхо этой струны слышно во всех исследованиях, посвященных сознанию.

Кое-что о Мэри

Посмеяться над трудной проблемой несложно. В прошлом я и сам мог бы так на нее отреагировать. Когда меня спрашивали, я часто отвечал, что сознательный опыт — это всего лишь то, что мы чувствуем, когда в мозге происходит обработка информации определенного типа. Но поскольку главная задача — объяснить, как вообще можно что бы то ни было «ощущать», такой ответ слишком поспешно отбрасывает трудную проблему, объявляя ее не трудной и вовсе даже не проблемой. Говоря мягче, такая реакция солидаризуется с широко распространенным мнением, согласно которому мыслям придается слишком большое значение. Если некоторые адепты трудной проблемы утверждают, что для того, чтобы понять сознание, нам придется вводить концепции, выходящие за рамки традиционной науки, другие — так называемые физикалисты — предсказывают, что для решения этой задачи достаточно будет хитроумных и творчески примененных методов традиционной науки, задействующих исключительно физические свойства материи. Так вот, физикалистская точка зрения совпадает и с моими давно сложившимися взглядами.

Тем не менее когда я пытался тщательнее обдумать вопрос сознания, я временами испытывал серьезные сомнения. Самым ошеломляющим был момент, когда я наткнулся на весьма убедительное рассуждение, выдвинутое философом Фрэнком Джексоном за десять лет до того, как трудную проблему окрестили трудной[111]. Джексон рассказывает простую историю, которая в слегка драматизированном виде выглядит примерно так. Представьте, что в далеком будущем живет очень умная девушка Мэри, совершенно не различающая цвета. С самого рождения все в ее мире окрашено исключительно в черно-белые тона. Ее заболевание ставит в тупик самых известных врачей, так что Мэри решает самостоятельно во всем разобраться. Мечтая вылечиться, Мэри много лет проводит за интенсивными исследованиями, наблюдениями и экспериментами. В результате она становится величайшим нейробиологом, какого только знал мир, и достигает цели, долгое время не дававшейся человечеству: она выясняет все до мельчайших подробностей о структуре, функции, физиологии, химии, биологии и физике мозга. Она узнает абсолютно все, что можно узнать о механизмах работы мозга — как в плане общей его организации, так и в плане микрофизических процессов. Она понимает все про нейронные срабатывания и каскады частиц, возникающие, когда мы любуемся голубым небом, лакомимся сочным фруктом или забываемся, слушая Третью симфонию Брамса.

Достигнув таких успехов, Мэри отыскивает способ исцелить свой зрительный недостаток; она проходит соответствующую хирургическую процедуру. Проходит несколько месяцев, и доктора готовы снять бинты, а сама Мэри готовится увидеть мир заново.

Замерев перед букетом красных роз, она медленно открывает глаза. И вот вопрос: увидев впервые красный цвет, узнает ли Мэри что-нибудь новое для себя? Испытав, наконец, внутреннее переживание цвета, получит ли она новое понимание?

Если смоделировать мысленно эту историю, покажется совершенно очевидным, что в самый первый раз, получив внутренний опыт созерцания красного, Мэри почувствует себя ошеломленной. Она будет удивлена? Да. Взволнована? Конечно. Тронута? Глубоко. Кажется очевидным, что первый непосредственный опыт цвета расширит ее представления о человеческом восприятии и внутреннем отклике, который он может вызвать. Джексон предлагает нам рассмотреть возможные следствия из этой обычной для всех, в общем интуитивной, позиции. Мэри овладела всем, что можно знать о физических механизмах работы мозга. И все же этот единственный взгляд, очевидно, позволил ей расширить это знание. Она получила знание о сознательном опыте, сопровождающем отклик мозга на красный цвет. Каков же вывод? Существует нечто и помимо полного знания о физических механизмах работы мозга. Знание не в состоянии выявить или объяснить субъективные ощущения. Если бы такое физическое знание было всеохватным, Мэри сняла бы с глаз бинты и пожала плечами.

Прочитав впервые этот рассказ, я почувствовал внезапное родство с Мэри, как будто я тоже пережил корректирующую операцию и открыл недоступное мне прежде окно к природе сознания. Моя прежняя непринужденная уверенность в том, что физические процессы в мозге и есть сознание и что сознание и есть ощущение таких процессов, была внезапно поколеблена. Мэри знала все, что только можно знать обо всех физических процессах мозга, и все же из приведенного сценария кажется очевидным, что такое понимание неполно. Получается, что, когда речь заходит о сознательном опыте, физические процессы только часть истории, а не вся история целиком. Когда статья Джексона только вышла, задолго до моего знакомства с ней, специалисты тоже возбудились, и в следующие десятилетия история Мэри вызывала многочисленные отклики.

Философ Дэниел Деннет предлагает тщательно рассмотреть следствия из исчерпывающего знания Мэри физических фактов. Он считает, что концепция полного физического знания настолько чужда нам, что мы сильно недооцениваем объяснительную мощь, которую имело бы такое полное знание. Деннет утверждает, что, овладев таким всеохватным знанием — от физики света до биохимии глаза и нейробиологии мозга, Мэри действительно удалось бы распознать внутреннее ощущение красного задолго до того, как она смогла бы сама его испытать[112]. Снимите повязки, и Мэри, возможно, отзовется на красоту красных роз, но созерцание их красного цвета лишь подтвердит ее ожидания. Философы Дэвид Льюис[113] и Лоренс Немиров[114] выбрали другой курс и заявили, что Мэри обретает новую способность — распознавать, запоминать и мысленно представлять внутреннее ощущение красного, но это не новый факт, который стоял бы особняком от всех ее предыдущих знаний. После снятия повязок Мэри, возможно, не пожмет плечами, но восторженное восклицание, которое она, может быть, издаст, будет говорить только о ее радости обретения нового способа размышлять над старым знанием. Даже сам Джексон теперь выступает против своего первоначального вывода; за много лет раздумий над судьбой Мэри он изменил свое мнение. Мы так привыкли получать знания о мире посредством прямого опыта — чувствовать красный, видя что-то красное, — что мы неявно убеждены: такой опыт — единственный способ обретения этого знания. Согласно Джексону, это неоправданное мнение. Хотя процесс познания у Мэри незнаком нам и включает в себя дедуктивные рассуждения там, где обычный человек полагается на непосредственный опыт, ее полное овладение физическим знанием позволило бы ей определить, каково это — видеть красное[115].

Кто прав? Джексон в своем первоначальном мнении и последователи его первого выступления? Или поздний Джексон и все те, кто убежден, что, увидев красные розы, Мэри не узнает ничего нового?

Ставки в этом вопросе высоки. Если сознание можно объяснить фактами о фундаментальных физических силах мира, действующих на его материальные составляющие, нашей задачей будет определить, как это можно сделать. Если нет, наша задача будет более масштабной. Нам потребуется определить те новые концепции и процессы, которых потребует изучение сознания, и это путешествие почти наверняка уведет нас далеко за нынешние пределы науки.

Исторически можно сказать, что нам обычно удается уверенно ориентироваться в бурных водах человеческой интуиции, выделяя проверяемые следствия конкурирующих точек зрения. Никто пока не предложил эксперимент, наблюдение или расчет, которые могли бы с определенностью разрешить вопрос, поднятый в истории Мэри, или, еще лучше, раскрыть источник внутреннего опыта. По большей части критериями для оценки тех точек зрения, которые проходят базовый отбор, являются правдоподобность и интуитивная привлекательность — весьма гибкие меры, которые, как мы увидим, допускают очень разные позиции.

История о двух историях

Стратегии объяснения сознания охватывают собой значительное разнообразие идей. Крайние позиции в этом спектре занимают гипотезы, которые либо отбрасывают сознание как иллюзию (элиминативизм), либо объявляют его единственным реальным качеством (идеализм). В промежутке мы находим большое разнообразие гипотез. Некоторые из них действуют в рамках традиционной научной мысли, другие находят бреши в современных научных представлениях, а третьи дорабатывают качества, которые, как мы давно считаем, определяют реальность на самом фундаментальном уровне. Две короткие истории помогают снабдить эти предположения историческим контекстом.

Если бы вам довелось послушать дискуссии в биологических кругах XVIII и XIX вв., вам было бы знакомо понятие витализм. Это была попытка разобраться с тем, что можно было бы назвать «трудной проблемой» жизни: если фундаментальные ингредиенты нашего мира не являются одушевленными, то как могут некие группы таких ингредиентов быть живыми? На этот вопрос витализм давал прямой и однозначный ответ: такие группы не могут быть живыми. По крайней мере, сами по себе. Витализм предполагал существование недостающего ингредиента — нефизической искры жизненной силы, которая и наделяет неодушевленную материю магией жизни.

Если бы вы вращались в определенных физических кругах XIX в., вы непременно слышали бы возбужденные разговоры об электричестве и магнетизме, по мере того как Майкл Фарадей и другие все глубже проникали в это все более интригующее царство. Одна точка зрения, с которой вы непременно познакомились бы, состояла в том, что эти новые явления могут быть объяснены в рамках стандартного механистического подхода в физике, завещанного Исааком Ньютоном. Возможно, отыскать хитроумную комбинацию «текущих жидкостей и миниатюрных шестеренок» будет непросто, но объяснительная база уже в руках ученых. Из-за кажущейся адекватности традиционных научных рассуждений все это можно было бы назвать «простой проблемой» электричества и магнетизма.

История показала, что ожидания, связанные с каждой из этих историй, были ошибочными. Сегодня, с учетом двух столетий накопления знаний, почти мистическая загадка, какой когда-то считалась жизнь, несколько поблекла. Хотя мы по-прежнему не понимаем до конца происхождение жизни, почти все ученые единодушны в том, что необходимости в какой-то волшебной жизненной искре нет. Частицы, объединенные в иерархический ряд структур, — атомы, молекулы, органеллы, клетки, ткани и так далее, — вот все, что необходимо. Данные убедительно свидетельствуют в пользу того, что существующих рамок физики, химии и биологии достаточно для объяснения жизни. Хотя «трудная проблема» жизни, безусловно, сложна, ее уже переквалифицировали в простую.

В случае электричества и магнетизма данные, собранные в ходе тщательных экспериментов, требовали от ученых выйти за рамки физической реальности в том виде, в каком она была известна до XIX в. Существовавшие представления уступили место совершенно новому физическому качеству материи (электрический заряд), отзывающемуся на совершенно новый тип воздействия (заполняющие пространство электрические и магнитные поля), описываемый совершенно новым набором уравнений (в первоначальной формулировке таких уравнений было 20), предложенных Джеймсом Клерком Максвеллом. «Простая проблема» электричества и магнетизма была решена, но оказалась трудной[116].

Многие исследователи полагают, что история витализма повторится и с сознанием: по мере того как мы будем глубже понимать мозг, «трудная проблема» сознания будет «медленно испаряться». Внутренний опыт, представляющий в настоящее время загадку, постепенно станет рассматриваться как прямое следствие физиологической деятельности мозга. Нам не хватает полного понимания механизмов работы мозга, а не каких-то новых психических частиц. Когда-нибудь, согласно этой физикалистской точке зрения, люди с улыбкой будут вспоминать, как прежде мы страстно, но совершенно необоснованно наделяли сознание такой загадочностью.

Другие предполагают, что подходящей моделью для сознания можно считать историю электромагнетизма. Когда ваши представления о мире сталкиваются с непонятными загадочными фактами, вы, естественно, пытаетесь включить их каким-то образом в существующие научные рамки. Но некоторые факты могут не укладываться в существующие схемы. Некоторые факты могут вскрывать новые качества реальности. Сознание, по мнению этого лагеря, связано со множеством фактов именно такого сорта. Если верной окажется эта точка зрения, то для понимания субъективного опыта потребуется существенный пересмотр правил интеллектуальной игры, который может повлечь за собой глубокие перемены и влияние которого может распространиться далеко не только на вопросы сознания.

Одна из наиболее радикальных гипотез такого рода исходит от самого Дэвида Чалмерса — мистера Трудная Проблема.

Теории всего

Чалмерс убежден, что осознанное восприятие не может возникнуть из вихря безмозглых частиц; он предлагает нам всерьез взять в качестве образца историю электромагнетизма. Примерно как физики XIX в. храбро, но безуспешно пытались залатать дыры в объяснении электромагнитных явлений при помощи традиционной науки того времени, нам потребуется не меньшая храбрость, чтобы признать: для разгадки тайны сознания нам придется искать объяснение за пределами известных физических свойств.

Но как? Одно объяснение, простое и дерзкое, заключается в том, что отдельные частицы сами по себе наделены естественным атрибутом сознания — назовем его протосознанием, чтобы не пытаться представить себе радостные электроны или капризные кварки, — которое не может быть описано в терминах чего-то более фундаментального. То есть наше описание реальности должно расшириться, чтобы включить в себя изначально существующее и неупрощаемое субъективное качество, присущее элементарным материальным кирпичикам природы. Именно из-за этого качества материи, которое мы долгое время не могли обнаружить, нам до сих пор не удается объяснить физическую основу осознанного опыта. Как может вихрь безмозглых частиц породить сознание? Никак. Для рождения осознанного разума вам необходим вихрь сознательных частиц. Объединив свои протосознания, большая группа частиц может породить знакомый всем осознанный опыт. Таким образом, гипотеза состоит в том, что частицы наделены хорошо изученным набором физических свойств (масса, электрический заряд, ядерные заряды и квантово-механический спин), а также неизвестным прежде качеством протосознания. Воскрешая представления панпсихизма, исторические корни которого восходят еще к Древней Греции, Чалмерс, таким образом, говорит о возможности того, что сознание присуще всему и вся, что сделано из частиц, будь то мозг летучей мыши или бейсбольная бита.

Если вас интересует, что такое на самом деле протосознание или как оно проникает в частицу, ваша любознательность похвальна, но на ваши вопросы ни Чалмерс, ни кто-либо другой ответить не может. Несмотря на это, полезно рассмотреть эти вопросы в контексте. Если бы вы задали мне аналогичные вопросы о массе или электрическом заряде, то, скорее всего, тоже остались бы без ответов. Я не знаю, что такое масса. Я не знаю, что такое электрический заряд. Я знаю тем не менее, что масса порождает гравитацию и отзывается на нее, а электрический заряд порождает электромагнитную силу и отзывается на нее. Так что, хотя я не могу сказать, что представляют собойэти свойства частиц, я могу сказать, что эти свойства делают. Проведем аналогию. Исследователи, возможно, не смогут определить, что такое протосознание, но все же успешно разработают теорию того, что оно делает — как оно порождает сознание и откликается на него. Для гравитационного и электромагнитного воздействия любое беспокойство о том, что замена прямого определения действием и откликом представляет собой, по существу, интеллектуальный трюк, для большинства исследователей смягчается необычайной точностью предсказаний, которые мы получаем из математических теорий этих двух взаимодействий. Возможно, когда-нибудь у нас появится математическая теория протосознания, способная делать столь же успешные предсказания. Пока у нас такой теории нет.

Как бы экзотично это все ни звучало, Чалмерс утверждает, что его подход строго укладывается в рамки науки, определенные надлежащим образом. На протяжении веков ученые сосредоточивались исключительно на объективном развертывании реальности и, имея в виду именно это, вырабатывали уравнения, прекрасно объясняющие экспериментальные и наблюдательные данные. Но такие данные доступны всем. Чалмерс же предполагает, что существуют другие данные — данные внутреннего опыта — и, вероятно, также и другие уравнения, отражающие закономерности в этом внутреннем царстве. Таким образом, традиционная наука должна объяснять внешние данные, тогда как следующая эпоха в науке должна будет объяснить внутренние данные.

Это можно изложить немного иначе. На протяжении многих лет существует движение, часто связываемое с именем Джона Уилера (широко известного популяризацией термина «черные дыры»), в котором информация рассматривается как самая фундаментальная из всех физических ценностей. Чтобы описать состояние мира в данный момент, я привожу информацию, которая описывает конфигурацию всех пляшущих частиц и волнообразных полей, пронизывающих пространство. Законы физики принимают эту информацию в качестве входящей и выдают на выходе информацию, определяющую состояние мира несколько позже. Физика, согласно такому подходу, по существу — обработка информации.

Если воспользоваться этим языком, гипотеза Чалмерса состоит в том, что у информации имеется две стороны. Существует информация объективная, доступная любому стороннему человеку, — та самая информация, на которой сотни лет базировалась традиционная физика. Но существует еще и субъективная, доступная только самому себе информация, которую физика до сих пор не рассматривает. Полная теория физики должна была бы охватить не только внешнюю, но и внутреннюю информацию, и для нее потребовались бы законы, описывающие динамическую эволюцию каждого из типов. Обработка внутренней информации обеспечила бы физическую основу для осознанного восприятия.

Мечта Эйнштейна о единой теории физики, способной описывать все частицы и взаимодействия природы в рамках одного математического формульного аппарата, получила известность как поиск теории всего. Это неудачное пафосное описание, часто применяемое к моей области физики — теории струн, объясняет, почему меня так часто спрашивают, что я думаю о сознании. В конце концов, сознание, кажется, должно легко укладываться в рамки теории, способной объяснить все. Тем не менее, как я часто говорю тем, кто спрашивает, одно дело — разбираться в физике элементарных частиц и совершенно другое — расширить свои представления до понимания человеческого сознания. Построение научного аппарата, способного связать совершенно разные как по размеру, так и по сложности масштабы, относится к самым сложным научным вызовам. Однако, окажись Чалмерс прав, сознание вошло бы в здание научных представлений на самом базовом этаже, на уровне фундаментальных уравнений и примитивных составляющих. Это означает, что когда-нибудь мы могли бы получить представление о мире, изначально включающее в себя и внешнюю, и внутреннюю стороны обработки информации — и объективные физические процессы, и субъективное осознанное восприятие. Это и стало бы настоящей единой теорией. Я, правда, и тогда возражал бы против определения «теория всего» — подозреваю, что предсказать, что я завтра съем на обед, и с этой теорией было бы непросто, — но такая система представлений стала бы поистине революционной.

Верное ли это направление? Я был бы в восторге, окажись оно верным. В этом случае мы стояли бы на пороге целого нового материка реальности, ожидающего своих исследователей. Но, как вы уже, вероятно, догадались, имеются очень большие сомнения в том, что науке в поисках источника сознания придется посещать настолько экзотические места. Хорошим проводником в этом нам будет знаменитый принцип Карла Сагана, согласно которому экстраординарные утверждения нуждаются в экстраординарных доказательствах. У нас имеются ошеломляющие свидетельства чего-то экстраординарного — наш внутренний опыт, — но убедительных свидетельств в пользу того, что этот опыт выходит за пределы объяснительных возможностей традиционной науки, намного меньше.

Наши представления стали бы гораздо глубже, если бы мы могли определить физические условия, требуемые для появления субъективных переживаний; это центральная задача теории сознания, которую мы теперь рассмотрим.

Сознание интегрирует информацию

Тот факт, что мозг — это покрытая извилинами влажная совокупность клеток, занятая обработкой информации, сомнению не подлежит. Сканирование мозга и инвазивное зондирование помогли установить, что отдельные части мозга специализируются на обработке различных типов информации — зрительной, слуховой, обонятельной, лингвистической и т. п.[117] Однако саму по себе обработку информации нельзя считать отличительным качеством именно мозга. Информацию обрабатывает огромное количество физических систем, от абака до термостата и компьютера, и если принять точку зрения Уилера всерьез, то любую физическую систему можно в каком-то смысле рассматривать как систему обработки информации. Что же отличает ту разновидность обработки информации, которая порождает осознанное восприятие, от всех остальных? Именно этот вопрос побудил психиатра и нейробиолога Джулио Тонони присоединиться к исследованиям нейробиолога Кристофа Коха. В результате возник подход, известный как теория интегрированной информации[118].

Чтобы получить представление об этой теории, вообразите, что я подарил вам новенький красный феррари. Вне зависимости от того, являетесь ли вы фанатом крутых спортивных тачек, знакомство с этой машиной даст вашему мозгу большое количество сенсорных стимулов. Информация о визуальных, тактильных и обонятельных качествах машины, а также более абстрактные коннотации — от ее мощи до ассоциаций с роскошью и богатством — сразу же сплетутся в единый когнитивный опыт. Это именно тот опыт, информационное содержание которого Тонони охарактеризовал бы как сильноинтегрированное. Даже сосредоточившись более четко на цвете автомобиля, заметьте, что ваш опыт — точно не восприятие бесцветного феррари, который ваше сознание затем уже окрашивает в красный цвет. И это не абстрактная красная среда, из которой ваше сознание затем уже формирует феррари. Хотя информация о форме и информация о цвете активируют разные части зрительной коры, ваше осознанное восприятие формы и цвета феррари неразделимы. Вы воспринимаете их как единое целое. Это, по мнению Тонони, изначальное свойство сознания: вся информация, проходящая через осознанное восприятие, прочно сшита воедино.

Второе изначальное качество сознания состоит в том, что количество вещей, которые вы способны удерживать одновременно в своем сознании, громадно. От головокружительного множества сенсорных ощущений до порывов воображения, абстрактного планирования и мышления, тревоги и ожидания — наш ментальный репертуар практически не ограничен. Это означает, что, когда ваш разум сосредоточен на каком-то конкретном объекте осознанного восприятия, таком как красный феррари, этот объект сильно обособлен от огромного большинства других ментальных переживаний, которые вы, возможно, испытываете. Гипотеза Тонони возводит эти наблюдения в ранг определяющей характеристики: осознанное восприятие есть сильно интегрированная и сильнообособляемая информация.

Большая часть информации этими качествами не обладает. Сфотографируйте свой красный феррари и рассмотрите получившийся цифровой файл. Чтобы не усложнять, не беспокойтесь о мелочах вроде сжатия изображения; вместо этого представьте, что этот файл есть ряд чисел, в значениях которых записана информация о цвете и яркости для каждого пиксела картинки. Эти числа генерируются фотодиодами вашей камеры, которые реагируют на свет, отраженный различными участками поверхности машины. Насколько интегрирована эта информация? Поскольку отклик каждого фотодиода независим от остальных — ни связи, ни взаимодействия между ними нет, — информация в вашем цифровом файле совершенно раздроблена. Вы могли бы хранить данные для каждого пиксела в отдельном файле, и полное информационное содержание кадра осталось бы неизменным. Это означает, что никакой информационной интеграции здесь нет. Насколько обособлена информация в этом цифровом файле? Хотя возможных форматов изображений, которые может сохранять камера в цифровом файле, довольно много, их информационное содержание ограничено фиксированным набором независимых чисел. И все. Файл цифровой фотографии не создан для размышлений об этичности смертной казни или работы над доказательством Великой теоремы Ферма. В этом смысле его информационное содержание чрезвычайно ограничено, а значит, камера не получит высоких результатов, когда речь зайдет об информационном обособлении.

Так что когда ваш мозг конструирует мысленный образ, его информационное содержание быстро становится сильно интегрированным и сильно дифференцированным, но, когда фотокамера конструирует цифровое изображение, информация в нем не приобретает ни одного из этих свойств. По мнению Тонони, именно поэтому вы осознанно воспринимаете феррари, а ваша камера — нет.

Задавшись целью оценить эти соображения количественно, Тонони предложил формулу, которая присваивает численное значение информации, содержащейся в любой заданной системе. Эту величину обычно обозначают Ф (фи), причем более высокие значения Ф указывают на большую дифференциацию и более глубокую интеграцию — и, следовательно, согласно данной теории, на более высокий уровень осознанного восприятия. Таким образом, этот подход простирается от простых систем с меньшей интеграцией и дифференциацией информации, способных обладать рудиментарными формами сознания, до более сложных систем, таких как вы или я, с достаточной интеграцией и дифференциацией для создания знакомого нам уровня осознанного восприятия, и до возможного существования еще более сложных систем, информационные способности — и осознанное восприятие — которых могли бы превосходить наши собственные.

Как и подход Чалмерса, теория Тонони имеет панпсихический уклон. Ничто в этой гипотезе не привязано изначально ни к какой конкретной физической структуре. Ваш опыт осознанного восприятия живет в биологическом мозге, но, согласно Тонони и его математическим выкладкам, достаточно большая величина Ф, присущая хоть нервным синапсам, хоть нейтронным звездам, обеспечила бы им осознанное восприятие. Для некоторых, к примеру для специалиста по теоретической информатике Скотта Ааронсона, это открывает данное предположение для опустошительной атаки. Вычисления Ааронсона показали, что в результате хитроумного объединения простых логических элементов (базовых логических переключателей) можно получить сеть со сколь угодно высокой величиной Ф— сравнимой с характеристикой человеческого мозга или даже выше[119]. Согласно рассматриваемой теории, такая сеть из простых логических элементов должна обладать сознанием. А такой вывод Ааронсон — и интуиция большинства людей — считает абсурдным. Что на это отвечает Тонони? Каким бы странным и непривычным ни казался такой вывод, подобная сеть действительно будет обладать сознанием.

Так, подумаете вы, не может быть, чтобы он на самом деле в это верил. Но оцените свою недоверчивость в должном контексте. Как может быть, что полуторакилограммовый сгусток мозгового вещества, надлежащим образом подключенный к системе кровоснабжения и нервной сети, обладает знакомым каждому осознанным восприятием? Именно это утверждение, если судить по всему, что до сих пор известно науке, вызывает сомнения в своей правдоподобности. Тем не менее, поскольку ваш внутренний мир вам хорошо знаком, вы с легкостью принимаете его. Если я затем вручу вам что-то еще, у чего нет ни тела, ни мозга, и скажу, что оно тоже обладает сознанием, то пропасть между этими заявлениями, возможно, покажется значительной, но на самом деле будет сравнительно скромной. Принимая почти нелепое предположение о том, что вязкий серый сгусток нейронов обладает сознанием, вы уже делаете главный шаг. Это не аргумент в пользу гипотезы Тонони, но из этого ясно, что близкое знакомство может сильно сдвинуть наши представления об абсурдном.

Если бы этот подход оказался верным, он прояснил бы качества, которыми должна обладать система, чтобы допускать осознанное восприятие. Это был бы значительный прогресс. Тем не менее в ее нынешнем виде теория интегрированной информации не объясняет нам, почему сознание ощущается так, как ощущается. Каким образом сильно дифференцированная и сильно интегрированная информация порождает внутреннюю осознанность? Согласно Тонони, просто порождает и все. Или, точнее говоря, он предполагает, что задавать, возможно, следует не такой вопрос. Наша задача, по его мнению, состоит не в том, чтобы объяснить, как осознанное восприятие рождается из вихря частиц; скорее мы должны определить условия, необходимые для того, чтобы система могла обладать таким восприятием. Именно это и пытается сделать теория интегрированной информации. Я ценю подобную точку зрения, но моя интуиция, сформированная серьезными успехами редукционистских объяснений, останется неудовлетворенной до тех пор, пока мы не свяжем физические процессы с участием знакомых частиц-ингредиентов с ощущениями сознания.

Еще одна, последняя, гипотеза которую мы сейчас рассмотрим, пользуется иной стратегией. Эта насквозь физикалистская теория обеспечивает один из самых поучительных подходов к загадке сознания.

Разум моделирует разум

Теория сознания нейробиолога Майкла Грациано начинается с пары хорошо известных качеств функционирования мозга, в которые все мы легко готовы поверить[120]. Чтобы оценить их, вернемся к феррари. Представьте, что вы видите гламурный красный экстерьер автомобиля, ощущаете гладкую эргономическую форму дверных ручек, узнаваемый аромат новой машины и так далее. Интуитивно мы считаем все это непосредственным восприятием внешней реальности, но, как нам известно уже не одну сотню лет, все это таковым не является. Современная наука отчетливо это показывает. Красный свет, отражающийся от поверхности феррари, представляет собой электрическое поле, колеблющееся примерно 400 трлн раз в секунду под прямым углом к аналогично колеблющемуся магнитному полю, и все это движется прямо на вас со скоростью 300 млн м/с. Это физика красного света, и это раздражитель, который непосредственно действует на ваши глаза[121]. Обратите внимание: в физическом описании нет «красного». Красное возникает, когда электромагнитное поле входит в ваши глаза, щекочет светочувствительные молекулы вашей сетчатки и генерирует импульс, уходящий в зрительную кору вашего мозга, которая специализируется на обработке зрительной информации и интерпретирует сигнал. Красный цвет — это человеческий конструкт, который создается глубоко внутри вашей головы. А запах новой машины? Схожая история. Сиденья, коврики и пластиковая отделка выделяют молекулы газа, проникающие во все уголки внутренности машины. Никакого запаха новой машины не существует, пока эти молекулы не попадут к вам в ноздри, не скользнут по сенсорным нейронам вашего обонятельного эпителия и не породят импульс, который пройдет по вашему обонятельному нерву к вашей обонятельной луковице; та, в свою очередь, передаст обработанный сигнал различным неврологическим структурам для интерпретации. Как и в случае с красным цветом, единственно, где существует запах нового автомобиля, — это внутри вашего мозга.

Так что когда феррари захватывает ваше внимание, в вашей голове начинают крутиться колесики когнитивной обработки данных. Красный цвет, аромат, блеск, металл, стекло, колеса, мотор, мощь, движение, скорость и так далее — целый ряд физических качеств и функциональных возможностей создаются и одновременно связываются вашим мозгом в тот вариант автомобиля, который останется в вашем сознании. Пока все это похоже на теорию интегрированной информации, но дальше гипотеза Грациано уводит нас в другом направлении. Его центральный тезис заключается в том, что, как бы внимательны к деталям вы ни были, ваши мысленные образы всегда сильно упрощены. Даже описание машины как «красной» всего лишь условное обозначение для множества близких, но различных частот света — множества оттенков красного, — которые отражаются от разных частей поверхности автомобиля: к примеру, от какого-то места на водительской дверце отражаются электромагнитные волны, колеблющиеся по 435 172 874 363 121 раз в секунду, а от одной из точек капота — волны, делающие по 447 892 629 261 106 циклов в секунду, и так далее[122]. Ваш разум пошатнулся бы, если бы ему пришлось иметь дело с таким переизбытком деталей. Зато «красный цвет» — приемлемое и приятное для разума, хотя и схематическое, упрощение. То же можно сказать об огромном количестве других похожих упрощений, к которым постоянно прибегает разум. Почти для всего, что вы когда-либо встречаете в окружающем мире, схематичный образ не просто достаточен, но и освобождает ресурсы разума для решения других жизненно необходимых задач. В давние времена мозг, который позволял себе отвлечься на постоянно меняющиеся подробности физического мира, рисковал быть съеденным очень быстро. Шанс уцелеть получал мозг, который избегал увлечения деталями, не обладавшими ценностью в плане выживания. Замените красный феррари грохочущим камнепадом или трясущейся под ногами землей, и вы поймете, какое преимущество для выживания дает оперативное формирование не слишком четкого мысленного образа, способствующего быстрой реакции.

Когда ваше внимание не направлено на автомобили, камнепады или землетрясения, но сосредоточено на животных или людях, вы точно так же создаете схематические мысленные образы. Но при этом, помимо образов физических форм объектов вашего внимания, вы создаете схематические мысленные образы их сознаний. Вы пытаетесь определить, что происходит у них в головах: данное животное (человек) — друг или враг, опасность или безопасность он несет вам, ищет он какой-то взаимной возможности или личной выгоды. Ясно, что быстрая оценка природы наших встреч с другими живыми существами имеет существенную ценность для выживания. Исследователи называют эту способность, отточенную естественным отбором за много поколений, нашей теорией сознания[123] (мы предполагаем интуитивно, что живые существа наделены рассудком, который работает более или менее так же, как наш), или интенциональной установкой[124] (мы приписываем знание, убеждения, желания, а вследствие этого и намерения животным или людям, с которыми встречаемся).

Грациано подчеркивает, что вы регулярно применяете эту самую способность к себе: вы непрерывно создаете схематический мысленный образ вашего собственного психологического настроя. Если вы смотрите на красный феррари, вы не только создаете схематический образ машины, вы создаете также схематический образ своего внимания, сосредоточенного на феррари. Все черты, которые вы связываете воедино в образ феррари, дополняются еще одним качеством, обобщающим ваше собственное ментальное отношение: феррари красный, гладкий и блестящий, а кроме того, ваше внимание сосредоточено на том, что феррари красный, гладкий и блестящий. Именно так вы отслеживаете свои взаимоотношения с миром.

Как и в случае с автомобилями и с вашим образом внимания других людей, он оставляет за бортом огромное количество подробностей. Образ вашего собственного внимания игнорирует лежащие в его основе срабатывания нейронов, обработку информации и сложный обмен сигналами, порождающий вашу сосредоточенность, и вместо этого делает набросок самого внимания — того, что мы обычно называем нашим «восприятием». И это, по мнению Грациано, и есть главная причина того, что осознанный опыт кажется нам плавающим в сознании, как говорится, без руля и без ветрил. Когда пристрастие мозга к упрощенным схематическим образам обращается на себя, на его собственное внимание, формирующееся в результате описание игнорирует те самые физические процессы, которые за это внимание отвечают. Вот почему мысли и ощущения кажутся нам эфемерными; они будто приходят из ниоткуда, будто кружатся в голове. Если бы схематический образ вашего тела игнорировал ваши руки, движение ваших пальцев тоже казалось бы эфемерным. Именно поэтому осознанный опыт кажется совершенно непохожим на физические процессы, реализуемые частицами и клетками, из которых мы состоим. Трудная проблема кажется трудной — сознание, на первый взгляд, выходит за рамки физического — только потому, что наши схематические мысленные модели подавляют распознавание тех самых механизмов мозга, которые связывают наши мысли и ощущения с их физической основой.

Притягательность физикалистской теории, такой как теория Грациано (и другие разработанные и предложенные теории[125]), заключается в том, что сознание, как и жизнь, должно быть сведено к подходящему набору составляющих, лишенных жизни, мыслей и эмоций. Разумеется, между нами и обетованной землей редукционистских представлений лежит широченная неизведанная неврологическая территория. Но в отличие от terra incognita, которую представляет себе Чалмерс и где исследователям придется бродить по неизвестным землям, прорубая себе путь сквозь листву незнакомых растений, физикалистская экспедиция, скорее всего, принесет менее экзотические сюрпризы. Задача будет состоять не в изучении чуждого мира, а в составлении карты нашего собственного мира — мозга — с беспрецедентной точностью. Именно то, что нам знакома эта территория, сделает успешное путешествие по ней таким удивительным. Сознание не требует какой-то сверхнаучной искры, в нем не участвуют никакие новые качества материи; сознание просто появляется. Обычное вещество, управляемое обычными законами, в котором протекают обычные процессы, обретает необычайную способность мыслить и чувствовать.

Я встречал многих людей, которые не приемлют такой точки зрения. Это те, кто считает, что любая попытка включить сознание в физическое описание мира принижает наше самое драгоценное качество. Те, кто предполагает, что физикалистская программа — неуклюжий подход ученых, ослепленных материализмом и не понимающих истинных чудес осознанного восприятия. Конечно, никто не знает, как все это обернется. Возможно, через сто или тысячу лет физикалистская программа покажется наивной. Я в этом сомневаюсь. Но, признавая такую возможность, важно также возразить против предположения о том, что определением физической основы сознания мы это сознание обесценим. То, что разум может делать все, что он делает, экстраординарно. То, что разум может делать все, что он делает, пользуясь только теми же сортами ингредиентов и теми же типами сил, что составляют и удерживают вместе мою кофейную чашку, еще более экстраординарно. Сознание должно быть освобождено от покрова таинственности, но не принижено.

Сознание и квантовая физика

В последние десятилетия предположение о том, что квантовая физика необходима для понимания сознания, высказывалось не однажды. По крайней мере в одном смысле это предположение наверняка верно. Материальные структуры, включая мозг, состоят из частиц, поведение которых управляется законами квантовой механики. Таким образом, квантовая механика лежит в основе физики всего на свете, в том числе и мозга. Но, когда о квантах заходит речь в контексте сознания, комментаторы довольно часто предполагают более глубокие связи. Многими из них движет тот пробел в наших представлениях о квантовой механике, который уже целый век не удается заполнить несмотря на усилия некоторых самых передовых ученых и философов мира. Позвольте объяснить.

Квантовая механика — самая точная теоретическая конструкция для описания физических процессов. Нет ни одного предсказания квантовой механики, которое удалось бы опровергнуть при помощи воспроизводимых экспериментов, а результаты некоторых наиболее детальных квантово-механических расчетов совпадают с экспериментальными данными с точностью выше, чем один к миллиарду. Если вы не любите иметь дело с числами и количественными оценками, в большинстве случаев на них можно просто не обращать внимания. Но не в этот раз. Осознайте число, которое я только что привел: квантово-механические расчеты, основанные на уравнении Шрёдингера, согласуются сэкспериментальными измерениями с точностью до девятого знака после запятой, а то и больше[126]. Звучат фанфары, и наш биологический вид выходит на поклон, потому что это настоящий триумф человеческого разума.

Тем не менее в самом основании квантовой теории есть загадка.

Главная новая черта квантовой механики состоит в том, что ее предсказания носят вероятностный характер. Теория может утверждать, к примеру, что электрон будет обнаружен здесь с вероятностью в 20 %, там — в 35, а вон там — в 45 %. Если затем измерить координаты этого электрона в большом числе идентично подготовленных вариантов одного и того же эксперимента, то обнаружится впечатляющая точность: в 20 % измерений электрон действительно обнаружится здесь, в 35 % измерений — там, а в 45 % измерений — вон там. Вот почему мы уверены в квантовой теории.

Опора квантовой теории на вероятности, возможно, покажется вам не слишком экзотичной. В конце концов, когда мы кидаем монетку, мы тоже используем вероятности для описания возможного исхода: с вероятностью 50 % монета упадет вверх орлом, с вероятностью 50 % — решкой. Но здесь есть разница, знакомая многим, но до сих пор глубоко шокирующая: в обычном классическом описании после того, как вы бросили монетку, но до того, как посмотрели на нее, монетка уже лежит орлом или решкой кверху — мы просто не знаем, как именно. В квантовом описании, напротив, до момента проверки местонахождения частицы, такой как электрон, которая с вероятностью в 50 % находится здесь и в 50 % — там, частица не находится или здесь, или там. Вместо этого частица, по утверждению квантовой механики, пребывает в неопределенном эфире бытия одновременно и здесь и там. И если вероятности дают электрону ненулевой шанс находиться во множестве разных локаций, то, согласно квантовой механике, он будет пребывать в неопределенной смеси одновременного бытия во всех них. Это так фантастически странно и настолько противоречит повседневному опыту, что вы, возможно, испытываете искушение сразу же отбросить эту теорию. И если бы не неповторимая способность квантовой механики объяснять экспериментальные данные, такая реакция была бы всеобщей и оправданной. Однако объективные данные вынуждают нас относиться к квантовой механике с величайшим уважением, поэтому мы, ученые, неустанно работаем, пытаясь разобраться в этом контринтуитивном свойстве[127].

Проблема в том, что чем больше мы работаем, тем более странной становится ситуация. В квантовых уравнениях нет ничего, что показывало бы, как реальность переходит от состояния неопределенной смеси множества возможностей к единственному вполне определенному исходу, который мы видим после измерения. Мало того, если считать — а это представляется полностью разумным, — что одни и те же успешные квантовые уравнения применимы не только к тем электронам (и другим частицам), которые вы, возможно, исследуете, но и к тем электронам (и другим частицам), из которых состоит ваше оборудование, и вы сами, и ваш мозг, то, если верить математике, никакого перехода быть не должно. Если какой-то электрон пребывает одновременно здесь и там, то ваши приборы, по идее, должны обнаружить его одновременно здесь и там, и ваш мозг, считав показания приборов, должен решить, что электрон находится одновременно здесь и там. То есть после измерения квантовая неопределенность частицы, которую вы изучаете, должна заразить ваше оборудование, ваш мозг и, предположительно, ваше осознанное восприятие, заставив ваши мысли запутаться в неопределенной смеси множества возможных исходов. И все же после любого и каждого измерения вы ничего подобного не сообщаете. Вы сообщаете один-единственный определенный результат. Так называемая проблема квантового измерения состоит в том, чтобы разобраться в загадочном неравенстве между размытой квантовой реальностью, описываемой уравнениями, и знакомой отчетливой реальностью, с которой вы привыкли иметь дело[128].

Еще в 1930-е гг. физики Фриц Лондон и Эдмонд Бауэр[129], а несколькими десятилетиями позже нобелевский лауреат Юджин Вигнер[130] предположили, что ключевым моментом здесь может быть сознание. В конце концов, загадка становится загадочной, только когда вы сообщаете о своем осознанном опыте определенной реальности, выявляя таким образом несоответствие между тем, что вы говорите, и тем, что предсказывает математический аппарат квантовой механики. В таком случае представьте, что правила квантовой механики применимы по всей цепочке, от измеряемого электрона до частиц в составе измерительного оборудования и частиц, из которых складывается показание на приборной доске. Но когда вы смотрите на дисплей и сенсорные данные от него текут вам в мозг, кое-что меняется: стандартные квантовые законы перестают действовать. Вместо них, когда речь идет об осознанном восприятии, в дело вступает какой-то другой процесс, который и гарантирует, что вы получаете единственный определенный результат. Таким образом, сознание становится активным участником квантовой физики; именно оно диктует, что по мере развития мира все возможные варианты будущего, кроме одного, устраняются — либо из реальности вообще, либо из нашего осознанного восприятия.

Вы видите, насколько привлекательна эта гипотеза. Квантовая механика загадочна. Сознание загадочно. Как приятно представить, что эти загадки связаны между собой, или представляют собой одну и ту же загадку, или взаимно разрешают одна другую. Но за десятки лет моего погружения в квантовую физику я не встречал ни математических аргументов, ни экспериментальных данных, которые изменили бы мою давно сложившуюся оценку этой гипотетической связи: она чрезвычайно маловероятна. Наши эксперименты и наблюдения поддерживают точку зрения, по которой, когда в квантовую систему вмешиваются (не важно, осуществляется вмешательство существом, которое обладает сознанием, или неразумным зондом), система схлопывается из вероятностного квантового тумана и становится определенной однозначной реальностью. Взаимодействие, а не сознание вынуждает реальность к проявлению определенности. Разумеется, чтобы в этом убедиться — или чтобы сделать хоть что-нибудь, — мне придется применить сознание; я не могу воспринять результат без участия в этом процессе моего осознанного разума. Так что неопровержимых доказательств того, что сознание не играет особой квантовой роли, просто не может быть. Тем не менее даже в самых проработанных подходах, которые зашли намного дальше поверхностного обозначения двух отдельных, на первый взгляд, загадок, гипотетические квантово-сознательные связи не слишком убедительны.

По мере того как наше понимание квантовой механики становится глубже, углубляются и наши представления о микрофизических процессах, лежащих в основе функционирования всего на свете, включая тело и мозг. С физической точки зрения сознание тоже относится к таким функциям и потому когда-нибудь будет включено в квантовый перечень. Однако, если не произойдет чего-то сверхнеожиданного, учебники по квантовой механике ни ближайшего будущего, ни отдаленного не будут содержать особых инструкций по использованию уравнений в присутствии сознания. Как ни великолепно сознание, оно будет осмыслено как еще одно физическое свойство, возникающее в квантовой Вселенной.

Свобода воли

Мало кто из нас гордится тем, как наша поджелудочная железа вырабатывает трипсин или как тройничный нерв и связанная с ним нервная сеть вызывает чихание. Мы не испытываем личной заинтересованности в наших анатомических процессах. Если спросить меня, кто я такой, я обращусь к мыслям, ощущениям и воспоминаниям, которые могу увидеть мысленным взором или расспросить внутренним голосом. У каждого поджелудочная железа вырабатывает химотрипсин и чихает тоже каждый, но мне нравится считать, что есть некое глубокое, полное, сущностное «я» в том, что я думаю, чувствую и делаю. В это интуитивное представление вплетена вера настолько всеобщая, что многие из нас никогда над ней не задумываются: мы обладаем волей, которая свободна. Мы независимы. Мы сами принимаем решения. Мы — единственный источник своих действий.

Но так ли это?

Этот вопрос породил больше страниц философской литературы, чем, наверное, любая другая головоломная загадка. Примерно 2000 лет назад экономное мировоззрение Демокрита, в котором были только атомы и пустота, было провидческим поклоном в сторону единства природы, отказом от капризных прихотей богов в пользу незыблемых законов. Но в любом случае — контролируется ли наше поведение Божественной силой или физическим законом — нам остается только спросить: где здесь место для действий по свободной воле?[131]Cтолетием позже Эпикур, отвергавший Божественное вмешательство, сетовал на то, что научный детерминизм душит свободную волю. Если допустить, что боги имеют власть, то существует, по крайней мере, шанс, что наше преданное поклонение им может быть вознаграждено дарованием свободы. Но природный закон, нечувствительный к лести, не способен ослабить вожжи. Чтобы разрешить эту дилемму, Эпикур вообразил, что время от времени атомы спонтанно совершают случайную девиацию, что позволяет им обмануть свою законную судьбу и разрешает будущее, не определяемое прошлым. Это, безусловно, творческий ход, но далеко не каждый счел случай, произвольно введенный в законы природы, убедительным источником человеческой свободы. Так что на протяжении последующих веков проблема свободы воли продолжала портить настроение целому пантеону уважаемых мыслителей — Блаженному Августину, Фоме Аквинскому, Томасу Гоббсу, Готфриду Лейбницу, Давиду Юму, Иммануилу Канту, Джону Локку и дальше, через ряд поколений, слишком длинный, чтобы перечислять, и включающий в том числе многих из тех, кто сегодня размышляет над подобными вещами на философских кафедрах всего мира.

Приведем современный вариант рассуждения, подрывающего представление о свободе воли. Ваш опыт — и мой тоже — подтверждает, кажется, что мы влияем на ход развития событий посредством действий, которые отражают наши свободные мысли, желания и решения. Тем не менее, оставаясь на физикалистских позициях, не будем забывать, что вы и я — не что иное, как совокупность частиц[132], поведение которых полностью управляется физическим законом. Наш выбор есть результат того, что наши частицы движутся тем или иным способом по нашему телу. И все движение частиц — будь то в мозге, в теле или в бейсбольном мяче — управляется физикой и потому полностью зависит от математического диктата. Уравнения определяют сегодняшнее состояние наших частиц на основании их вчерашнего состояния, и никто из нас не в силах обойти математику и свободно сформировать, или задать, или изменить законный ход вещей. В самом деле, если отследить эту цепочку еще дальше в прошлое, то Большой взрыв — источник всех частиц и их поведение на всем протяжении космической истории диктуется не подлежащими обсуждению бесчувственными законами физики, которые определяют структуру и функцию всего сущего. Наше ощущение индивидуальности, ценности и достоинства опирается на нашу независимость. Но перед лицом непреклонности физического закона независимость исчезает. Мы всего лишь игрушки, которые бросают то туда, то сюда бесстрастные правила космоса.

Следовательно, центральный вопрос заключается в том, существует ли какой-либо способ избежать такого очевидного растворения свободной воли в движении зависимых частиц. Найти его пытаются многие мыслители. Некоторые отреклись от редукционизма. Хотя многочисленные данные подтверждают наше глубокое понимание законов, управляющих отдельными частицами (электронами, кварками, нейтронами и т. п.), но, может быть, когда сотня миллиардов миллиардов миллиардов частиц объединена в человеческое тело и мозг, фундаментальные законы микромира уже не управляют ими или, по крайней мере, не управляют полностью. И возможно, считают представители такого направления мысли, это разрешает на макроскопических масштабах явления — в первую очередь свободную волю, — которые законы микромира запретили бы.

Следует признать, что никто и никогда не проводил математические исследования и не пытался предсказывать законопослушное поведение частиц, составляющих человека. Сложность математики при этом вышла бы фантастически далеко за рамки наших самых продвинутых вычислительных возможностей. Даже с предсказанием движения куда более простого объекта, такого как бильярдный шар, у нас может ничего не получиться, поскольку небольшие неточности в определении начальной скорости и направления движения могут экспоненциально усиливаться при рикошетах от бортов. Так что я говорю сейчас не о предсказании вашего следующего движения. Я говорю о существовании законов, управляющих вашим следующим движением. И хотя вычисления превосходят наши нынешние возможности, у нас никогда не было ни малейшего математического, экспериментального или наблюдательного указания на то, что контроль, который осуществляют эти законы, хоть в чем-то неполон. Конечно, при согласованном движении громадного числа микроскопических составляющих могут возникнуть неожиданные и весьма внушительные явления — от тайфунов до тигров, — все данные свидетельствуют о том, что, будь мы в состоянии просчитать математику движения таких больших групп взаимодействующих частиц, мы могли бы предсказать их коллективное поведение. Поэтому, хотя логически можно себе представить, как когда-нибудь обнаружится, что совокупность частиц, составляющих тело и мозг, свободна от тех правил, которым подчиняются неодушевленные совокупности, такая возможность идет вразрез со всем, что наука выяснила на сегодняшний день о механизмах функционирования окружающего мира.

Другие исследователи ставят на квантовую механику. В конце концов, классической физике изначально присущ детерминизм: обеспечьте математический аппарат классической физики — уравнения Ньютона — точными данными о координатах и скоростях всех частиц в любой отдельно взятый момент, и уравнения сообщат вам их координаты и скорости в любой момент в будущем. При такой строгости, притом что будущее полностью определяется прошлым, откуда может взяться пространство для свободной воли? Состояние ваших частиц прямо сейчас, когда вы читаете эти слова и обдумываете эти идеи, было определено их конфигурацией задолго до того, как вы вообще родились, и поэтому, разумеется, не может быть результатом вашего свободного выбора. Но в квантовой физике, как мы видели, уравнения предсказывают только вероятность того, как будут обстоять дела в произвольный момент в будущем. Вводя элемент вероятности — шанс, — квантовая механика, кажется, образует современный и экспериментально обоснованный вариант девиации Эпикура, ослабляющей натяжение детерминистских вожжей. Однако приблизительные словесные выражения могут быть обманчивыми. Для квантово-механической математики — уравнения Шрёдингера — детерминизм так же характерен, как и для математики классической Ньютоновой физики. Различие в том, что если Ньютон берет на входе состояние мира сейчас и выдает уникальное состояние для мира завтра, то квантовая механика берет на входе состояние мира сейчас и выдает уникальную таблицу вероятностей для состояния мира завтра. Квантовые уравнения раскладывают будущее на множество возможных вариантов, но при этом детерминированно высекают вероятность каждого из них в математическом граните. Как и Ньютон, Шрёдингер не оставляет места для свободной воли.

Еще одна группа исследователей обращается к нерешенной проблеме квантового измерения. Это можно понять. Пробел в научном знании — притягательное место для сокрытия чего-то чрезвычайно ценного, по крайней мере до тех пор, пока этот пробел не будет заполнен. Суть пробела, как вы помните, состоит в том, что до сих пор нет единого мнения о том, каким образом мир переходит от вероятностного описания квантовой механики к определенной реальности повседневного опыта. Каким образом одно-единственное уникальное будущее выбирается из квантово-механического списка возможных вариантов? И — это нам особенно интересно — не может ли где-то в ответе скрываться свободная воля? К несчастью, нет. Представьте себе электрон, который, согласно квантовой механике, может с вероятностью 50 % находиться здесь и с вероятностью 50 % — там. Можете ли вы свободно выбрать исход — здесь или там, — который выдаст вам измерение его позиции? Не можете. Данные свидетельствуют о том, что исход случаен, а случайные исходы — это не результат свободного выбора. Данные подтверждают также, что результаты множества таких экспериментов подчиняются статистической закономерности: в данном случае в половине экспериментов электрон окажется здесь, а в половине — там. Выбор на основе свободы воли не ограничивается, даже в статистическом смысле, математическими правилами. Но факты говорят, что, как в приведенном случае, так и в других математические правила действуют. Так что, хотя переход от квантовых вероятностей к четким экспериментальным определенностям остается загадкой, ясно, что свобода воли не является частью этого процесса.

Чтобы быть свободным, необходимо не быть марионеткой, которую дергают за ниточки физические законы. Детерминистические ли законы (как в классической физике), или вероятностные (как в квантовой механике), глубоко значимо в плане того, как развивается реальность и какого рода предсказания может делать наука. Но для утверждения о свободе воли эта разница несущественна. Если фундаментальные законы могут непрерывно работать, никогда не замедляясь и не останавливаясь из-за отсутствия входящих сигналов от человека и производя ровно то же действие даже в тех случаях, когда частицы оказываются частью тела или мозга, то места для свободной воли не остается. И это действительно подтверждается всеми когда-либо проводившимися научными экспериментами и наблюдениями, задолго до появления на сцене рода человеческого эти законы правили невозбранно; и после нашего появления они продолжали делать то же самое, то есть править невозбранно.

Подведем итог. Мы — физические существа, мы состоим из большого числа частиц, управляемых законами природы. Все, что мы делаем, и все, что думаем, сводится к движению этих частиц. Пожмите мне руку, и частицы, из которых состоит ваша рука, сблизятся и разойдутся с частицами, составляющими мою руку. Поздоровайтесь, и частицы, образующие ваши голосовые связки, растолкают частицы воздуха в вашем горле, запустив цепную реакцию столкновения частиц, волны которой разойдутся по воздуху и натолкнутся на частицы, составляющие мои барабанные перепонки; это приведет в движение еще один поток частиц, на этот раз в моей голове, и так я смогу услышать то, что вы говорите. Частицы в моем мозге среагируют на раздражители, выдав мысль «крепкое рукопожатие», и пошлют сигналы, которые еще одни частицы донесут до частиц в моей руке, что заставит мою руку двигаться в унисон с вашей. А поскольку все наблюдения, эксперименты и значимые теории подтверждают, что движение частиц полностью подчиняется математическим правилам, шансов вмешаться в эту законопослушную последовательность событий у нас не более, чем изменить значение числа Ф.

Наши действия кажутся свободными, потому что мы не воспринимаем действие законов природы в их самом фундаментальном обличье; наши чувства не показывают нам деятельность законов природы в мире элементарных частиц. Наши чувства и рассуждения сосредоточены на повседневных человеческих масштабах: мы думаем о будущем, сравниваем возможные действия и взвешиваем возможности. В результате, когда наши частицы действуют, нам кажется, что их коллективное поведение проистекает из нашего независимого выбора. Однако, если бы мы обладали сверхчеловеческим зрением, о котором говорилось ранее, и могли анализировать повседневную реальность на уровне ее элементарных составляющих, мы признали бы, что наши мысли и поведение сводятся к сложным процессам движения частиц, которые дают мощное ощущение свободы воли, но на самом деле полностью управляются физическими законами.

И все же завершить на этом нашу дискуссию означало бы оставить без внимания один из вариантов на тему свободы, который не только согласуется с нашим представлением о физических законах, но и отражает качество настолько необходимое, что его можно считать определяющей характеристикой того, что значит быть человеком.

Камни, люди и свобода

Представьте, что вы и камень, каждый сам по себе, сидите рядышком на скамейке в парке. Когда я прохожу мимо, вы внезапно видите, что тяжелая ветка дерева сломалась и летит прямо на меня. Вы подпрыгиваете со скамейки и врезаетесь в меня со всей силой, снося нас обоих прочь с опасного места. Чем объясняется ваш героический поступок, спасающий мне жизнь? Все частицы, из которых состоите вы, и все, из которых состоит камень, подчиняются одним и тем же законам, так что ни вы, ни камень не обладаете свободой воли. И все же вы бросаетесь со скамейки спасать меня, тогда как камень остается на месте. Как мы объясним это?

Вы спасли меня, а камень этого не сделал потому, что ваши частицы так здорово организованы, так ошеломляюще сконфигурированы, что могут производить точнейшим образом согласованные движения, которые невозможны для частиц, составляющих камень[133]. Когда я прохожу мимо, вы можете махнуть мне рукой, или поздороваться, или сказать мне, что вы решили уравнения теории струн, или заняться физическими упражнениями, или спасти меня от падающей ветки, или реализовать еще целую кучу других возможностей. Фотоны, которые отскакивают от моего лица и попадают вам в глаза, звуковые волны от трескающейся ветки, попадающие вам в уши, тактильные ощущения от сильного бриза, обдувающего вашу кожу, а также большое количество других раздражителей, внешних и внутренних, запускают каскады частиц по всему вашему телу; эти каскады переносят сигналы и порождают богатство ощущений, мыслей и вариантов поведения, которые сами по себе тоже представляют собой каскады частиц. К счастью для меня, какой-то конкретный каскад частиц в ответ на раздражители ломающейся ветки подталкивает ваши частицы к немедленному действию. В сравнении с вашими реакции камня на раздражители выглядят гораздо более приглушенными. Прилетающие фотоны, звуковые волны и тактильное давление порождают лишь простейшие реакции. Частицы камня могут испытать некоторые колебания, их температура может слегка повыситься, а при особенно сильном ветре положение всего набора частиц в целом может немного измениться. Вот и все. Внутри камня просто ничего особенно не происходит. Вас же резко выделяет сложная внутренняя организация, которая поддерживает богатый спектр поведенческих реакций.

Следовательно, смысл в том, что при оценке свободной воли можно многого добиться, сместив фокус внимания с узкой сосредоточенности на изначальной причине на более широкое рассмотрение человеческой реакции. Наша свобода — это не свобода от физических законов, на которые мы никак не можем повлиять. Наша свобода в проявлении вариантов поведения — мы можем прыгать, думать, воображать, наблюдать, рассуждать, объяснять и так далее, — недоступных для большинства прочих наборов частиц. Человеческая свобода — это не свобода добровольного выбора. Все, что открыла до сих пор наука, лишь укрепило мнение о том, что такого произвольного перехода между вариантами развертывания реальности не существует. Нет, человеческая свобода связна с тем, что он освобожден от оков обедненного набора реакций, которые ограничивают поведение неодушевленного мира.

Понятие свободы не требует свободной воли. Ваш героический поступок, спасший мне жизнь, хотя и следует оценить по достоинству, проистекает из действия физических законов и потому не является актом свободной воли. Но тот факт, что ваши частицы смогли спрыгнуть со скамейки, обдумать свои действия, а затем и поступить в соответствии с результатом рефлексии, совершенно поразителен. Частицы, собранные в камень, не способны ни на что даже отдаленно похожее. Именно в этих способностях, проявившихся в виде чудесной совокупности мысли, чувства и поведения, отражена сущность того, что значит быть человеком, — сущность человеческой свободы.

Использование мной термина «свободный» для описания вариантов поведения, которые, судя по законам физики, не являются актами свободной воли, может показаться лингвистическим фокусом. Но смысл, как давно предположили представители компатибилистской школы философии, в том, что, когда речь заходит о свободе и физике, не все потеряно; очень полезно рассмотреть альтернативные типы свободы, которые согласуются с физическими законами. Есть разные предложения, как можно этого добиться, но, похоже, что все эти теории мрачно сообщают вам плохие новости: «Там, где речь идет о свободе воли традиционного типа, вы ничем не отличаетесь от камня», — но затем, когда вы уже отвернулись, чтобы спокойно погрустить, они восклицают: «Приободритесь! Существует еще и такаяразновидность свободы, приятная сама по себе, и ее-то у вас всегда в изобилии»[134]. В подходе, который я защищаю, такую свободу находят в освобождении от ограниченности спектра возможных вариантов поведения.

Лично меня этот вариант свободы очень утешает. Когда я сижу здесь, набирая на клавиатуре свои мысли, меня не беспокоит понимание того, что на уровне элементарных частиц все, о чем я думаю, и все, что я делаю, представляет собой непосредственное развитие физических законов, которые мне неподконтрольны. Для меня важно, что мой набор частиц, в отличие от моего стола, моего стула и моей кружки, способен демонстрировать громадное и разнообразное множество вариантов поведения. В самом деле, мои частицы только что составили это самое предложение, и я рад, что они это сделали. Конечно, эта реакция — не что иное, как армия моих частиц, выполняющая свои квантовомеханические приказы, но это не снижает реальности ощущения. Я свободен не потому, что могу заменить собой физический закон, но потому, что моя чудесная внутренняя организация раскрепостила мои поведенческие реакции.

Значимость, обучение и индивидуальность

И все же может показаться, что отказ от традиционной концепции свободной воли требует отбросить многое из того, что мы ценим. Если развертывание реальности, включая реальность обладающих сознанием существ, устанавливается физическим законом, имеет ли значение наше поведение? Можем ли мы просто сидеть сложа руки и позволять физике делать свое дело? Остается ли где-нибудь место для индивидуальности? Как могут способности, которые мы очень ценим, такие как способность к обучению и креативность, играть какую-либо роль?

Рассмотрим для начала последний вопрос. Для этого нам полезно подумать о роботе-пылесосе Roomba. Обладает ли Roomba традиционным качеством свободы воли? Не напрягайтесь. Это не ловушка. Большинство из нас согласится, наверное, что робот-пылесос свободой воли не обладает. Тем не менее когда Roomba скользит по полу вашей гостиной, встречая на пути стены, колонны и мебель, внутренняя конфигурация его частиц изменяется — дополняются его навигационные карты и внутренние инструкции, — и эти изменения модифицируют последующее поведение робота. Roomba учится. В самом деле, когда Roomba сталкивается с необходимостью навигации вокруг встречаемых объектов, решения, которые он использует — обходи стороной эту лестницу, объезжай по кругу эту ножку стола и так далее, — демонстрируют рудиментарную креативность[135]. Для обучения и креативности не нужна свободная воля.

Ваша внутренняя организация, ваше «программное обеспечение» посложнее, чем у Roomba, что и обеспечивает более хитроумную способность к обучению и творчеству. В любой отдельно взятый момент ваши частицы организованы особым образом. Ваши переживания, будь то внешние встречи или внутренние размышления, меняют конфигурацию этой системы. Подобные реконфигурации, в свою очередь, влияют на то, как ваши частицы будут впоследствии себя вести. То есть подобные реконфигурации обновляют ваше «программное обеспечение», подправляют инструкции, которые руководят вашими последующими мыслями и действиями. Искра воображения, глупая ошибка, остроумная строка, сочувственные объятия, презрительное замечание, героический поступок — все это результаты того, что ваше личное созвездие частиц переходит от одной расстановки к другой. Когда вы наблюдаете, как все вокруг отзывается на ваши действия, созвездие ваших частиц вновь сдвигается и меняет рисунок, чтобы и дальше настраивать ваше поведение. На уровне составляющих вас частиц это и есть обучение. А когда окончательные варианты поведения оказываются новыми, получается, что в результате реконфигурации произошел акт творчества.

Эта дискуссия высвечивает одну из центральных для нас тем: потребность во вложенных историях, которые объясняют разные, но связанные между собой слои реальности. Если бы вас полностью устраивала история, описывающая изменение реальности исключительно на уровне частиц, у вас не было бы никакого стимула вводить такие концепции, как обучение и креативность (или, если уж на то пошло, энтропия и эволюция). Вам достаточно было бы знать только, как наборы частиц непрерывно меняют свою конфигурацию, а эту информацию заключают в себе фундаментальные законы (и характеристика состояния частиц в некий момент времени в прошлом). Но большинству из нас недостаточно подобной истории. Большинство считает полезным рассказывать дополнительные истории, не противоречащие редукционистскому изложению, но сосредоточенные на более крупных и более знакомых нам масштабах. Именно в этих историях, основными буквами в которых служат совокупности частиц, такие как вы, и я, и Roomba, концепции обучения и креативности (а также энтропии и эволюции) образуют неотъемлемую часть языка. Если в редукционистской истории, описывающей робот-пылесос Roomba, речь будет идти о движении миллиардов и миллиардов частиц, история более высокого уровня могла бы объяснить, как сенсоры Roomba распознали, что пылесос находится на краю лестничного пролета, отметили это опасное место в его памяти и изменили курс на противоположный, чтобы избежать потенциально катастрофического падения. Две эти истории полностью совместимы между собой, несмотря на то что в одной из них используется язык частиц и физических законов, а в другой — язык раздражителей и реакций на них. А поскольку реакции Roomba включают в себя способность модифицировать будущее поведение путем доработки внутренних инструкций, для высокоуровневой истории необходимы концепции обучения и креативности.

Подобные вложенные истории еще более информативны, когда речь заходит о вас и обо мне. Редукционистский рассказ, описывающий нас обоих как наборы частиц, обеспечивает важное, но ограниченное понимание. Из него мы узнаем, к примеру, что сделаны из того же материала и подчиняемся тем же законам, что и все прочие материальные структуры. Но высокоуровневая, человеческая история — это та история, по которой мы живем. Мы думаем и рассуждаем, боремся и стремимся, добиваемся своего и терпим неудачи. Истории, рассказанные на этом знакомом нам языке, опять же должны быть полностью совместимы с редукционистскими описаниями, рассказанными на языке частиц. Но в повседневной жизни высокоуровневые истории несравненно более информативны. Когда я обедаю с женой, мне просто неинтересно было бы выслушивать описание того, как двигаются все ее сто миллиардов миллиардов миллиардов частиц. Однако, когда она рассказывает мне об идеях, над которыми работает, местах, в которых бывает, и людях, с которыми встречается, я всецело за.

В рамках таких высокоуровневых описаний мы всегда говорим так, будто наши действия имеют смысл, наш выбор что-то решает, а наши решения значимы. Но так ли это в мире, который развивается по непоколебимым физическим законам? Да. Конечно, так. Когда мое десятилетнее «я» чиркало спичкой в наполненной газом духовке, это действие повлекло за собой серьезные последствия. Это действие стало причиной взрыва. Высокоуровневое описание, в котором перечисляется серия взаимосвязанных событий — я почувствовал голод, положил в духовку пиццу, включил газ, подождал, чиркнул спичкой и оказался охвачен пламенем, — точно и информативно. Физика не отрицает эту историю. Физика не лишает эту историю значимости. Физика ее дополняет. Физика сообщает нам, что существует и другое описание, лежащее в основе истории человеческого уровня, и оно рассказывается на языке законов и частиц.

Замечательно — а для некоторых и тревожно — то, что эти базисные описания показывают, что общепринятое представление, пронизывающее наши высокоуровневые истории, ошибочно. Мы чувствуем, что мы сами — авторы своего выбора, своих решений и действий, но редукционистская история ясно показывает, что это не так. Ни наши мысли, ни варианты нашего поведения не могут вырваться из тисков физического закона. Тем не менее причинно-следственные связи в цепочках событий, составляющих основу наших высокоуровневых историй — почувствовав голод, я поставил пиццу в духовку, затем проверил ее температуру, затем чиркнул спичкой, — очевидны и реальны. Мысли, реакции и действия имеют значение. Они влекут за собой последствия. Они являются звеньями в цепи физического развертывания. Неожиданно с точки зрения нашего опыта и интуиции другое — то, что такие мысли, реакции и действия произрастают из предшествующих причин, которые просачиваются сквозь законы физики.

Ответственность тоже сохраняет смысл. Несмотря на то что мои частицы — а следовательно, и мое поведение — находятся в полной юрисдикции физического закона, «я» в очень буквальном, хотя и непривычном смысле ответственен за свои действия. В любой отдельно взятый момент я и есть совокупность моих частиц; «я» есть не что иное, как условное обозначение моей конкретной конфигурации микрочастиц (которая хотя и динамична, поддерживает достаточно стабильный рисунок, способный обеспечить устойчивое ощущение личной идентичности[136]). Соответственно, поведение моих частиц — это мое поведение. То, что физика лежит в основе этого поведения и управляет им через контроль над моими частицами, конечно, интересно. То, что такое поведение не задается свободной волей, стоит признать. Но эти наблюдения не умаляют то высокоуровневое описание, которое признает, что моя конкретная конфигурация частиц — способ, каким мои частицы организованы в хитроумную химическую и биологическую сеть, включающую в себя гены, белки, клетки, нейроны, синаптические связи и так далее, — реагирует на все характерным только для меня образом. Мы с вами говорим по-разному, действуем по-разному, реагируем по-разному и думаем тоже по-разному, потому что наши частицы организованы по-разному. Когда моя конфигурация частиц учится и думает, обобщает, взаимодействует и откликается, она оставляет на всем отпечаток моей индивидуальности и ставит клеймо моей ответственности на каждое действие, которое я совершаю[137].

Человеческая способность к реакции с огромным разнообразием вариантов — свидетельство тех основных принципов, что с самого начала направляют наше исследование: это энтропийный тустеп и эволюция путем естественного отбора. Энтропийный тустеп объясняет, как островки порядка могут образоваться в мире, который становится все более беспорядочным, и как некоторые из этих островков — звезды — могут оставаться стабильными на протяжении миллиардов лет, давая стабильный поток тепла и света. Эволюция объясняет, как в благоприятной среде, такой как планета, омываемая непрерывным потоком звездного тепла, наборы частиц могут образовать упорядоченные структуры, способные поддерживать сложные варианты поведения, от самовоспроизведения и ремонта до извлечения энергии и метаболических процессов, движения и роста. Совокупности частиц, которые обретают дальнейшие способности мыслить и обучаться, общаться и сотрудничать, воображать и предсказывать, лучше приспособлены для выживания — а следовательно, и для производства похожих совокупностей частиц с похожими способностями. Эволюция отбирает совокупности по способностям и так, поколение за поколением, улучшает их. Со временем некоторые совокупности приходят к выводу, что их когнитивная мощь настолько замечательна, что сами они выходят за рамки физических законов. Некоторые, самые вдумчивые из этих совокупностей, оказываются поражены конфликтом между свободой воли, которой они пользуются, и неумолимой властью физических законов, которую признают. Но на самом деле нет никакого конфликта, потому что нет никакого выхода за рамки физических законов. Это невозможно. Вместо этого совокупностям частиц необходимо заново оценить свои возможности, сосредоточившись не на законах, которые управляют самими частицами, а на высокоуровневых, весьма сложных и необычайно богатых вариантах поведения, которые каждая совокупность частиц — каждый индивидуум — может демонстрировать и переживать. После такой переориентации совокупности частиц смогут рассказать поучительную историю о чудесных поступках и впечатлениях, полную актов воли, которые ощущаются свободными, и говорить так, как если бы они обладали самостоятельным контролем, но все же при этом полностью управляться законами физики.

Некоторые встанут на дыбы от такого заключения. Я точно встал. Хотя аргументы, которые я представил, интеллектуально меня убедили, глубокое и сильное ощущение того, что я свободно контролирую происходящее в моей голове, никуда не делось. Однако сила этого впечатления обусловлена в значительной степени его привычностью. И как могут подтвердить многие из тех, кто экспериментировал с психоактивными веществами, когда идентичность частиц, курсирующих по мозгу, хотя бы немного меняется, знакомое и привычное может сдвинуться. Баланс сил в мозге может измениться. Разум способен, кажется, обладать сознанием самого себя. Несколько десятилетий назад в прекрасном городе Амстердаме мне в результате такого эксперимента довелось пережить одну из самых жутких ночей в жизни. Мой разум создал внутренний мир, в котором присутствовали бесконечные копии меня самого и каждая из копий была решительно настроена подорвать реальность, переживаемую остальными. Как только один из моих «я» успокаивался, решив, что он переживает «истинную» реальность, следующий «я» тут же раскрывал перед ним искусственность этого мира, стирая из него все и вся, что было дорого первому «я», и в ходе этого процесса проявляя другую «истинную» реальность, в которой следующий «я» принимался уверенно обживаться — только для того, чтобы вся кошмарная последовательность событий повторилась. И еще раз. И еще.

С позиции физики я всего лишь ввел в мозг небольшую группу посторонних частиц. Но этого изменения оказалось достаточно, чтобы ликвидировать привычное впечатление о том, что я свободно контролирую все происходящее в моем сознании. Если на редукционистском уровне все работало по-прежнему (частицы под управлением физических законов), то на человеческом уровне шаблон (надежный разум, наделенный свободной волей, прокладывает курс через стабильную реальность) оказался сломан. Разумеется, я не представляю момент измененного сознания как аргумент за или против свободной воли. Но этот опыт сделал реальным понимание, которое без него осталось бы чисто теоретическим. Наше ощущение самости, наши способности и свобода воли, которой мы, казалось бы, пользуемся, — все это проистекает из частиц, движущихся внутри нашей головы.

Стоит поиграть с этими частицами, и знакомые качества могут исчезнуть в одночасье. Именно этот опыт помог мне примирить рациональные представления о физике с интуитивным чувством собственного разума.

Повседневный опыт и повседневный язык наполнены отсылками, явными и скрытыми, к свободе воли. Мы говорим о выборе и принятии решений. Мы говорим о действиях, зависящих от этих решений. Мы говорим о последствиях, которые эти действия вызывают в нашей жизни и в жизни тех, с кем мы соприкасаемся. Опять же, наш разговор о свободе воли не подразумевает, что все эти слова бессмысленны или что их нужно ликвидировать. Все это говорится на языке, уместном в истории человеческого уровня. Мы действительно делаем выбор. Мы действительно принимаем решения. Мы действительно совершаем поступки. И эти поступки действительно вызывают последствия. Все это реально. Но поскольку история человеческого уровня должна быть совместима с редукционистским описанием, нам необходимо усовершенствовать язык и представления. Нам нужно отставить представление о том, что наш выбор, наши решения и действия проистекают исключительно из источника внутри каждого из нас, что порождаем их мы сами совершенно независимо, что рождаются они из размышлений, выходящих за рамки физического закона. Нам следует признать, что, хотя ощущение свободы воли реально, способность осуществлять свободную волю — способность человеческого разума выходить за рамки законов, которые управляют физическим ходом вещей, — таковой не является. Если мы интерпретируем «свободу воли» заново именно как это ощущение, то наши истории человеческого уровня станут совместимы с редукционистским описанием. А с учетом смещения акцента с абсолютного источника на освобожденное поведение мы сможем получить неопровержимую и далеко идущую разновидность человеческой свободы.

Что же касается происхождения жизни, не существует точно определенного момента, когда возникает сознание, или появляется рефлексия, или рождается ощущение свободы воли. Но археологическая летопись подсказывает, что около 100 000 лет назад или, возможно, ранее у наших предков все это начало появляться. Первые люди возникли уже довольно давно. Теперь мы можем оглядеться вокруг и подумать.

Что же мы сумели сделать с такими мощными инструментами?

6

Язык и истории

От разума к воображению

Закономерности — ключевой элемент человеческого опыта. Мы выживаем потому, что можем чувствовать ритмы мира и отзываться на них. Завтрашний день будет отличаться от сегодняшнего, но под слоем поверхностной суеты все мы полагаемся на постоянные, устойчивые качества. Солнце встанет, камни будут падать, вода — течь. Эти и бессчетное количество других схожих закономерностей, с которыми мы сталкиваемся постоянно, глубоко влияют на наше поведение.

Инстинкты принципиально важны, и память имеет значение, потому что закономерности действуют.

Математика есть олицетворение закономерности. Используя горстку символов, мы можем выразить закономерность экономно и точно. Галилей сформулировал это кратко, заявив, что книга природы, в которой, по его глубокому убеждению, Бог проявился столь же явно, как в Библии, написана на языке математики. На протяжении следующих столетий многие мыслители пытались найти светский вариант этой формулировки. Может быть, математика — это язык, который разработало человечество для описания встреченных закономерностей? Или математика — это источник реальности, воспроизводящий закономерности мира в соответствии с математическими истинами? Моя романтическая чувствительность склоняет меня к последнему. Как чудесно воображать, что наши математические манипуляции касаются самых основ реальности. Но моя не столь сентиментальная часть допускает, что математика — это язык нашего собственного изобретения, разработанный отчасти из-за излишней склонности к закономерностям. В конце концов, математика вряд ли значительно способствует выживанию. Редко кому из наших предков размышление над простыми числами или вычисление квадратуры круга помогало добыть обед и еще реже — давало возможность оставить после себя потомство.

В современную эпоху способности Эйнштейна установили несравненный эталон проникновения в ритмы природы. И все же, хотя его наследие можно коротко изложить всего горсткой математических предложений — выразительных, точных и масштабных, — вылазки Эйнштейна в отдаленные уголки реальности не всегда начинались с уравнений. Или хотя бы с языка. «Я часто думаю музыкой[138] — так он это описывал. — Я вообще очень редко думаю словами»[139]. Возможно, ваши мыслительные процессы похожи на эйнштейновские. Мои — нет. Временами, когда я сражался со сложной задачей, у меня случались внезапные вспышки озарения, отражающие тот или иной мозговой процесс, протекающий ниже осознанного восприятия. Но когда я в сознании, даже в тех случаях, когда я при помощи мысленных образов пытаюсь отыскать путь к решению, было бы натяжкой сказать, что слова при этом отсутствуют, или провести какую-то параллель с музыкой. В большинстве случаев я добиваюсь успеха в физике, играя уравнениями и делая выводы в виде обычных предложений, которые записываю от руки в блокнотах, заполняющих одну полку за другой. Сосредоточившись, я часто разговариваю сам с собой, обычно про себя, а иногда вслух. Слова играют в процессе принципиально важную роль. Хотя формулировка Витгенштейна «Границы моего языка означают границы моего мира»[140] представляется мне слишком широкой по охвату, — я не сомневаюсь, что существуют жизненно важные аспекты мысли и опыта, которые стоят вне языка, и к этому вопросу мы еще вернемся, — без языка моя способность к определенного рода ментальным действиям несомненно уменьшилась бы. Слова не только выражают рассуждения, они оживляют процесс. Или, как сказала с несравненным изяществом Тони Моррисон: «Мы умираем. В этом, может быть, и состоит смысл жизни. Но мы порождаем язык. В этом, может быть, мера нашей жизни»[141].

Для всех — за исключением выдающихся гениев, а может быть, и для них тоже — язык необходим, чтобы дать волю воображению. При помощи языка мы можем описать образ, рядом с которым реальный мир являет нам бледное подобие гораздо более богатых возможностей. Мы можем вызывать образы, реалистические или фантастичные, в сознании людей — далеких и близких. Мы можем передавать полученное тяжким трудом знание, заменив сложность открытия простотой обучения. Мы можем делиться планами и согласовывать намерения, продвигая таким образом совместные действия. Мы можем соединить наши индивидуальные творческие способности в невероятно мощную совокупную силу. Мы можем заглянуть в себя и признать, что мы, сформированные эволюцией, способны тем не менее подняться над нуждами выживания. И мы можем изумляться тому, как тщательно выстроенный набор тонов, переходов, шипения и пауз способен передавать понимание природы пространства и времени или создавать трогательный образ любви и смерти: «Уилбур так никогда и не забыл Шарлотту. Хотя ее детей и внуков он тоже очень любил, никто из молодых пауков не смог занять в его сердце место, принадлежавшее ей, и только ей»[142].

При помощи языка мы беремся за написание коллективного нарратива, многослойной истории, чтобы разобраться в собственном опыте.

Первые слова

Говорят, что первый человек представился своей даме словами знаменитого палиндрома "Madam I'm Adam"[143], но на самом деле никто не знает, когда мы начали говорить и почему. Дарвин предполагал, что язык возник из песни, и считал, что люди, наделенные талантом Элвиса, могли успешнее привлекать партнеров и, таким образом, обильнее засеивать последующие поколения талантливыми певцами. Со временем их мелодичные звуки должны были постепенно превратиться в слова[144]. Менее прославленный современник Дарвина Альфред Рассел Уоллес, открывший параллельно с ним эволюцию путем естественного отбора, смотрел на вещи иначе. Он был убежден, что естественный отбор не в состоянии пролить свет на способности человека к музыке, к искусству и, в частности, к языку. На конкурентной арене выживания наши поющие, рисующие и болтающие предки не имели, по мнению Уоллеса, никаких преимуществ перед своими менее экспрессивными родичами. Уоллес видел лишь один путь: «Мы должны, следовательно, признать возможность того, — писал он в популярном журнале Quarterly Review, — что в развитии рода человеческого Высший Разум применил те же законы для более благородной цели»[145]. Слепые во все прочих случаях законы эволюции в этом случае, вероятно, были обузданы Божественной силой и направлены на развитие коммуникации и культуры. Дарвин, прочтя статью Уоллеса, пришел в ужас и отозвался подчеркнутым «нет»[146] на полях. Уоллесу он написал: «Надеюсь, вы не убили до конца ваше собственное и мое дитя»[147].

За прошедшие полтора столетия исследователи разработали множество теорий происхождения и раннего развития языка, но, как в командном состязании, каждое убедительное на первый взгляд предположение сразу же встречалось свежим контраргументом. Это может показаться странным, но на самом деле такая ситуация естественна. Рождение Вселенной оставило массу «окаменелостей». Рождение языка не оставило ничего. Вездесущее реликтовое излучение, конкретные значения распространенности различных элементов, таких как водород и гелий, и движение далеких галактик — все это непосредственные отпечатки процессов, протекавших на самых ранних этапах развития Вселенной. Звуковые волны — первое проявление языка — быстро рассеиваются, не оставляя следа. Они пропадают всего через мгновение после того, как испущены. При отсутствии материальных остатков исследователи могут допускать серьезные вольности, реконструируя раннюю историю языка; результатом же — и это не удивительно — становится обилие различных, часто противоречащих друг другу теорий.

Тем не менее человеческий язык, по общему мнению, принципиально отличается от любого другого вида коммуникации в животном царстве. Будь вы среднестатистической зеленой мартышкой, вы бы умели подать тревогу, предупреждая остальных членов стаи о приближении хищника — леопарда (короткий высокий взвизг), орла (повторяющееся низкое похрапывание) или питона (своеобразное щелканье)[148]. Но вы пришли бы в полную растерянность, если бы вам захотелось поведать кому-нибудь, какой ужас вы испытали вчера, когда питон прополз совсем рядом, или обсудить с товарищами план завтрашнего набега на близлежащее птичье гнездо. Ваши языковые навыки сводились бы к небольшому множеству конкретных восклицаний с фиксированным значением, сосредоточенных исключительно на том, что происходит здесь и сейчас. Примерно то же можно сказать о средствах коммуникации, которые мы наблюдаем у других биологических видов. Как сказал Бертран Рассел, «собака не может рассказать свою автобиографию; как бы красноречиво она ни лаяла, она не может сообщить вам, что ее родители были хотя и бедными, но честными собаками»[149]. Человеческий язык совершенно не такой. Человеческий язык открыт. Вместо того чтобы пользоваться ограниченным набором фиксированных фраз, мы комбинируем и рекомбинируем ограниченный набор фонем, получая в результате сложный, иерархичный и практически неограниченный спектр идей.

Мы можем говорить о вчерашней змее или о завтрашнем гнезде с той же легкостью, с какой описываем приятный сон с летающими единорогами или рассказываем о том, что с наступлением ночи нас охватывает все более глубокая тревога.

Попробуем проникнуть еще глубже — и наткнемся на противоречие. Как так происходит, что всего за несколько коротких лет после рождения, без всякого формального обучения, мы свободно овладеваем одним или даже несколькими языками? Может быть, наш мозг специально сконфигурирован для восприятия языка? Или культурное погружение вкупе с общей предрасположенностью к обучению новому адекватно объясняет этот феномен? И с чего начинался человеческий язык? Возник ли он как набор вокализаций с фиксированными значениями, подобных тревожным крикам зеленых мартышек, которые затем расщепились на слова, или язык начался с элементарных звуков, которые затем выросли в слова и фразы? Почему у нас есть язык? Может быть, эволюция напрямую отбирала по признаку языка, потому что он чем-то помогает выживанию, или язык является побочным продуктом других эволюционных достижений, таких как большой размер мозга? И о чем, скажите на милость, все мы говорим уже много тысяч лет? И почему?

Ноам Хомский, один из наиболее влиятельных современных лингвистов, в свое время утверждал, что человеческая способность осваивать язык опирается на встроенную в каждого из нас универсальную грамматику. Это концепция с богатой исторической родословной, восходящей к философу XIII в. Роджеру Бэкону, который пришел к выводу о том, что многие языки мира имеют общую структурную основу. В современном употреблении этот термин подвергается различным интерпретациям, а с годами и сам Хомский уточнил его смысл. В наименее спорном виде концепция универсальной грамматики предполагает, что в нашем врожденном нейробиологическом устройстве есть нечто, что обеспечивает языковую основу, распространенный на весь биологический вид мозговой ускоритель, который побуждает нас слушать, понимать и говорить. Как еще, рассуждают ее сторонники, могли бы дети при случайном, фрагментарном и беспорядочном лингвистическом воздействии повседневной жизни вобрать в себя все богатство точных грамматических конструкций и правил, если не при помощи мощного ментального арсенала, с рождения готового обрабатывать словесный натиск? А поскольку любой ребенок в состоянии выучить любой язык, этот ментальный арсенал не может быть настроен на конкретный язык; разум должен иметь возможность прицепиться к некоему универсальному ядру, общему для всех языков. Хомский предположил, что некое единичное нейробиологическое событие, слегка «перепрошившее» мозг порядка 80 000 лет назад, возможно, привело к обретению нашими предками этой способности и к когнитивному «большому взрыву», разнесшему язык по всему нашему биологическому виду[150].

Психологи-когнитивисты Стивен Пинкер и Пол Блум, пионеры дарвинистского подхода к языку, предлагают менее искусственную историю, в которой язык зародился и развился по знакомой схеме постепенного накопления нарастающих изменений, каждое из которых приносило с собой какую-то степень конкурентного преимущества[151]. Когда наши пращуры, охотники и собиратели, бродили по лесам и равнинам, способность к коммуникации — «Группа пасущихся диких кабанов на одиннадцать часов», или «Присматривай за Барни, он положил глаз на Вилму», или «Есть и получше способ приделать этот заостренный камень к рукоятке» — была жизненно необходима для эффективного функционирования группы и важна для передачи собранных знаний. Мозг, способный к коммуникации с мозгами соплеменников, получал таким образом преимущество на конкурентной арене выживания и продолжения рода; это привело к развитию и широкому распространению лингвистических способностей. Еще одна группа исследователей выделяет целый набор адаптационных механизмов, включая контроль дыхания, запоминание, символьное мышление, понимание других особей, образование групп и т. п., которые, работая в комплексе, могли привести к появлению языка, хотя он, возможно, имел отношения к ценности для выживания самих этих адаптаций[152].

Неясно также, как давно мы начали говорить. Лингвистических данных из отдаленного прошлого практически нет, но исследователи, опираясь на изучение косвенных археологических данных, предложили некие правдоподобные временные рамки, в которые язык мог появиться впервые. Такие артефакты, как инструменты с насаженными рукоятками (отесанные камни или кости, надежно прикрепленные к ручке), пещерная живопись, геометрические насечки и бусы, свидетельствуют о том, что не менее 100 000 лет назад наши предки уже занимались планированием, умели мыслить символами и вступали в сложные социальные взаимодействия. Поскольку все мы склонны связывать подобные сложные когнитивные способности с языком, можно представить себе, что наши предки, когда затачивали свои копья и топоры или пробирались темными ходами, чтобы нарисовать на стене пещеры птицу или бизона, болтали без умолку о завтрашней охоте или вчерашнем вечере у костра.

Гораздо больше прямых свидетельств способности к речи можно извлечь из множества разнообразных археологических открытий. Ученые, отслеживающие рост черепных полостей и структурные изменения рта и горла у наших предков, утверждают, что пращуры при желании могли разговаривать больше миллиона лет назад, по крайней мере они имели физиологическую возможность это делать. Молекулярная биология тоже дает подсказки. Человеческая речь требует высокой подвижности голосового и ротового аппарата, и в 2001 г. исследователи выяснили, что могло стать главной генетической основой таких способностей. Изучая британскую семью с расстройством речи, охватывающим три поколения — трудности с освоением грамматики и согласованием сложных движений рта, лица и горла, необходимых для нормальной речи, — исследователи сосредоточили внимание на одном генетическом сбое, изменении в одной-единственной букве в гене под названием FOXP2, располагающемся в человеческой хромосоме 7[153]. Эта «опечатка в инструкции» имеется у всех членов семьи и, соответственно, подпадает под сильное подозрение в качестве причины расстройства как языка, так и речи. В ранних публикациях по результатам этого исследования ген FOXP2 окрестили «геном грамматики» или «языковым геном»; тогда было много громких заголовков, которые сильно раздражали исследователей. Тем не менее, оставив в стороне слишком упрощенные гиперболы, можно сказать, что, судя по всему, ген FOXP2 действительно является одним из существенных компонентов нормальной речи и владения языком.

Интересно, что очень близкие аналоги гена FOXP2 обнаружены у многих биологических видов, от шимпанзе до птиц и рыб, что позволяет ученым проследить, как этот ген изменялся в ходе эволюции. У шимпанзе белок, закодированный их версией гена FOXP2, отличается от нашего всего двумя кирпичиками-аминокислотами (а их более чем 700), тогда как соответствующий белок неандертальцев идентичен нашему [154]. Умели ли наши неандертальские родичи говорить? Никто не знает. Однако эта линия расследования позволяет предположить, что генетическая основа речи и языка установилась у нас, возможно, в какой-то момент после отделения от шимпанзе несколько миллионов лет назад, но до нашего отделения от неандертальцев около 600 000 лет назад[155].

Предполагаемые связи между языком и каждым из исторических маркеров — древними артефактами, физиологическим строением, генетическими профилями — интересны, но лишь предварительны. Поэтому исследования, основанные на этих маркерах, выдают широкий интервал времени, на протяжении которого могли прозвучать первые слова, — от десятков тысяч до нескольких миллионов лет назад. Как отмечают исследователи-скептики, одно дело — обладать физической способностью и ментальной гибкостью, достаточными для ведения беседы, и совершенно другое дело — реально уметь разговаривать.

Что же могло мотивировать нас к тому, чтобы начать говорить?

Почему мы заговорили

У нас нет недостатка в идеях относительно того, почему наши далекие предки нарушили молчание. Лингвист Гай Дойчер отмечает, что в работах исследователей можно найти первые слова, появившиеся «из криков и окликов; из жестов руками и языка жестов; из способности к подражанию; из способности к обману; из груминга; из пения, танца и ритма; из жевания, сосания и лакания; а также из почти любого другого существующего на свете занятия»[156]. Этот забавный список отражает скорее креативное теоретизирование авторов, чем реальные исторические корни языка. Тем не менее одна из этих гипотез или некая их комбинация, возможно, рассказывает вполне достоверную историю, так что рассмотрим чуть подробнее несколько предположений о том, откуда взялись наши первые слова и почему они закрепились.

В древние времена, пока не придумали сворачивать материю в слинг, мамаша, занятая делом, для которого необходимы две руки, должна была положить или посадить где-то своего малыша. Те, кто плакал и лепетал, привлекали тем самым к себе мамино внимание, и в ответ она, вероятно, тоже откликалась голосом — ворковала, мурлыкала, ворчала, сопровождая эти звуки успокаивающим выражением лица, жестами рук и мягкими касаниями. Лепет малыша и нежная забота матери обеспечивали, надо полагать, более высокий процент выживших младенцев, что запускало отбор по вокализации и, согласно данной гипотезе, вело наших предков к рождению слов и языка[157].

Или, если сюсюканье как источник языка представляется вам неубедительным, обратите внимание на то, что жесты предоставляют нам способ прямой передачи базовой, но жизненно важной информации — достаточно кивнуть на тот или иной объект или указать на окружающую местность. Некоторые из наших нечеловекоподобных родичей-приматов, не обладая настоящей разговорной речью, могут вполне уверенно передавать рудиментарные идеи при помощи жестов — движений конечностями и телом. Шимпанзе в контролируемых лабораторных условиях осваивают сотни жестов, обозначающих различные действия, объекты и идеи. Тогда, может быть, наш разговорный язык возник из более ранней фазы коммуникации на основе жестов. По мере того как наши руки становились все больше заняты изготовлением и использованием орудий, а само жестовое общение в более сложных и многочисленных собраниях оказывалось неэффективным или неудобным (жесты плохо видно ночью, а в группах, занятых охотой или сбором пищи, трудно видеть одновременно руки и тела всех участников), вокализация, возможно, предложила более эффективные средства обмена информацией. Поскольку сам я принадлежу к тем, чьи руки бросаются в дело всякий раз, когда нужно говорить, а иногда и раньше, это объяснение кажется мне особенно правдоподобным.

И все же, если жестовая гипотеза вызвала у вас скепсис, рассмотрите гипотезу психолога-эволюциониста Робина Данбара о том, что язык появился как эффективная замена широко распространенному явлению — социальному грумингу[158]. Будь вы шимпанзе, вы обретали бы друзей и заключали союзы при помощи того, что осторожно выбирали бы гнид, отшелушивали перхоть и вычищали всякий мусор из шерсти других членов вашего сообщества. Некоторые члены вашей группы платили бы вам тем же, а особи более высокого статуса замечали бы ваши услуги, но оставляли ваших гнид нетронутыми. Ритуал груминга — организующая деятельность, формирующая и поддерживающая в группе иерархию, всевозможные клики и коалиции. Древние люди, возможно, занимались аналогичным социальным грумингом, но с ростом размеров группы индивидуальное обслуживание отношений требовало, должно быть, слишком много времени. Дружба, спаривание и альянсы необходимы, но только при условии, что пищи достаточно. Что же делать? Данбар считает, что эта дилемма вполне могла дать толчок рождению языка. В какой-то момент наши предки, возможно, заменили ручной груминг словесным обменом, что позволило им быстро делиться информацией — кто кому что делает, кто мошенничает, кто строит тайные заговоры и так далее, — заменяя часы выбирания гнид из шерсти минутами грязных сплетен. Недавние исследования показали, что 60 % наших разговоров сегодня посвящено сплетням; поразительная цифра (особенно для тех из нас, кто едва-едва овладел искусством светской беседы), отражающая, по мнению некоторых исследователей, главную задачу языка при его зарождении[159].

Лингвист Дэниел Дор развивает идею о социальной роли языка еще дальше. В ходе убедительного и широкого анализа он выдвигает гипотезу о том, что язык — это совместно созданный инструмент со специфической и глубоко важной функцией: дать людям возможность управлять воображением друг друга[160]. До возникновения языка в нашем социальном общении доминировали совместные переживания. Если мы оба что-то видели, или что-то слышали, или что-то ели, то мы могли высказать друг другу мнение об этом жестами, звуками или рисунками. Но нам было бы трудно наладить коммуникацию о переживаниях, которые не были для нас общими, не говоря уже о сложнейшей задаче высказать абстрактные мысли или описать внутренние ощущения. При помощи языка мы преодолели эти трудности. С появлением языка рынок нашего социального обмена необычайно расширился: теперь вы могли при помощи языка описать переживания, которых я, возможно, никогда не испытывал; при помощи слов вы могли бы воссоздать их в моем сознании. Я мог бы сделать то же для вас. На протяжении тысячелетий, по мере того как благосостояние наших доязыковых предков все больше зависело от скоординированных совместных действий — совместной охоты на крупного зверя, поддержания управляемого огня, приготовления пищи для больших групп людей, совместного воспитания и обучения молодняка[161], — они сломали границы невербального общения, привнесли в мир язык и организовали громадную социальную арену, которая охватывает не только разделяемые нами переживания, но и разделяемые нами мысли.

И в этих, и почти во всех остальных гипотезах происхождения языка акцент делается на произнесенное слово — внешнее проявление языка. Хомский в своей характерной манере резко меняет курс и предлагает гипотезу, согласно которой в своем самом раннем воплощении язык, возможно, способствовал развитию внутреннего мышления[162]. Обработка информации, планирование, предсказание, оценка, рассуждение и понимание — это лишь некоторые из тех важных задач, которые внутренний голос, поселившийся между ушей наших предков, смог выполнять с холодной уверенностью, как только мысль овладела языком. Разговорный язык с этой точки зрения появился позже — как подключение аудиоколонок к ранним персональным компьютерам. Как будто наши предки — задолго до того, как заговорили, — были людьми сугубо молчаливыми и тщательно обдумывали свои повседневные задачи, но все соображения при этом держали при себе. Позиция Хомского представляется спорной. Исследователи указывают на черты, изначально присущие языку и придуманные, кажется, специально для переложения внутренних концепций в изреченное слово (речь о фонетике и значительной части грамматической структуры); это позволяет предположить, что язык с самого начала был нацелен на внешнюю коммуникацию.

Хотя происхождение языка остается загадкой, несомненно — и важнее всего нам для дальнейшего продвижения — то, что язык и мысль образуют могучую смесь. Неважно, предшествовал ли внутренний вариант языка его внешней вокализации и что именно дало толчок этой вокализации — песня, или тетешканье с младенцем, или жестикуляция, или сплетни, или социальное общение, или обладание большим мозгом, или что-то совершенно иное, — как только человеческий разум обрел язык, взаимодействие нашего биологического вида с реальностью обречено было на радикальные изменения.

Рассказывание историй и интуиция

Джордж Смит спешил. Пальцы его правой руки мягко, но настойчиво постукивали по инкрустированному слоновой костью краю длинного стола из красного дерева. Он только что узнал, что Роберта Рэди, старшего реставратора по камню в музее, не будет еще несколько дней. Несколько дней. Разве он в состоянии ждать? Каждый день на протяжении трех лет он набрасывал куртку, хватал свой тщательно приготовленный сэндвич с джемом и стилтоном и несся, лавируя между людьми и экипажами, в Британский музей, где тратил оставшиеся минуты обеденного перерыва на разглядывание фрагментов затвердевших глиняных табличек, найденных на археологических раскопках в Ниневии. Он был из бедной семьи. В 14 лет оставил школу и пошел в ученики к банковскому граверу. Его перспективы казались весьма ограниченными. Но Джордж был гением. Он самостоятельно выучил ассирийский язык и стал настоящим экспертом по чтению клинописных надписей. Музейные кураторы, которым понравился странный юноша, всегда прибегавший около полудня, скоро поняли, что он расшифровывает клинопись лучше, чем любой из них, и приняли его в свой круг в качестве полноправного работника. Теперь, всего через пару лет, Джорджу удалось собрать из нескольких тысяч глиняных кусочков первую полную табличку — и он расшифровал уже значительную ее часть. Он открыл (или думал, что открыл) великолепный секрет, зашифрованный в серии треугольных вырезов и клинышков — ссылку на миф о потопе, предшествующий истории Ноя в Ветхом Завете, но ему нужен был Роберт Рэди, который мог аккуратно соскрести осадочную корку, не позволяющую прочесть принципиально важный кусок текста. Джордж уже ощущал вкус победы. Его трясло от одной мысли о том, как это открытие вознесет его к новой жизни. Он был не в состоянии сдержаться. Джордж решил рискнуть и почистить табличку самостоятельно.

Ну хорошо, меня заносит. Настоящий Джордж Смит нашел в себе силы подождать. Через несколько дней Роберт Рэди вернулся и проявил свое искусство. Так была открыта самая древняя из записанных историй нашего биологического вида — месопотамский «Эпос о Гильгамеше», составленный ни много ни мало в III тысячелетии до Рождества Христова. Мой вольный пересказ делает ровно то, чем рассказчики занимаются испокон веков: мы, люди, перерабатываем реальность (то, что известно об историческом Джордже Смите[163]) иногда умеренно (как здесь), иногда агрессивно, иногда для пущего драматизма, иногда для потомков, иногда из чистого удовольствия потравить байки. Художественная мотивация тех, кто писал о Гильгамеше — а его история, скорее всего, формировалась множеством голосов на протяжении многих поколений, — неизвестна. Но в этой истории, полной сражений и видений, высокомерия и ревности, злодейства и невинности, действующие лица и их заботы понятны нам через тысячелетия.

Именно это, говоря откровенно, поражает до глубины души. За примерно 5000 лет, прошедших со времени сложения «Гильгамеша», история видела, как раз за разом менялись наши дома и пища, наша жизнь и общение, то, как мы лечились и рожали детей, — и все же мы немедленно узнаем себя в разворачивающемся повествовании. Гильгамеш и его брат по оружию Энкиду пускаются в путь, который станет проверкой их храбрости, моральных качеств и в конечном итоге представления о самих себе — этакая неолитическая версия сюжета фильма «Тельма и Луиза». Ближе к концу путешествия Гильгамеш, стоя над безжизненным телом Энкиду, жалуется в душераздирающих и таких знакомых выражениях: «Закрыл он другу лицо, как невесте, / Сам, как орел, над ним кружит он, / Точно львица, чьи львята — в ловушке,/Мечется грозно взад и вперед он. / Словно кудель, раздирает власы он, / Словно скверну, срывает одежду»[164]. Мне, как и многим, это знакомо. Несколько десятилетий назад я так же метался из угла в угол своей крохотной квартирки, не зная, куда себя деть, и лихорадочно пытался спрятаться от вести о том, что мой отец внезапно умер. Даже через сотни, если не через тысячи поколений у нас много общего с пращурами.

И дело не только в том, что мы, люди, непрерывно скорбим и оплакиваем, восторгаемся и радуемся, исследуем и удивляемся. Мы разделяем также тягу выразить все это и переработать через рассказ. Возможно, «Гильгамеш» — самая старая из сохранившихся письменных историй, но если 5000 лет назад представители нашего биологического вида уже записывали истории, значит, рассказывали их мы наверняка задолго до этого. Мы всегда это делаем. И всегда делали. Вопрос: почему? Почему мы отказываемся завалить еще одного бизона и кабана или собрать побольше корней и плодов ради того, чтобы провести какое-то время, воображая себе приключения с капризными богами или путешествия в причудливые миры?

Вы могли бы ответить: потому что нам нравятся истории. Да, конечно. Почему же еще мы убегаем в кино, несмотря на отчет, который завтра необходимо сдать? Почему еще мы испытываем «грешное удовольствие», когда отставляем в сторону «настоящую работу» и возвращаемся к роману, который читали, или сериалу, который смотрели? Но это лишь начало ответа, а не конец. Почему мы едим мороженое? Потому что нам нравится мороженое? Да, конечно. Но, как убедительно показали эволюционные психологи, существует и более глубокое объяснение[165].

Те из наших пращуров, которым удавалось нагружаться питательной пищей, такой как мясистые плоды и спелые орехи, справлялись лучше, когда наступали тощие дни; соответственно, они оставляли больше потомства и передавали по наследству генетическую склонность к сладкому и жирам. Сегодняшнее пристрастие к фисташковому мороженому, которое отнюдь не считается здоровой пищей, — реликт вчерашней охоты за калориями, помогавшей выжить. Дарвиновский естественный отбор здесь проявился на уровне поведенческих склонностей. Не то чтобы гены определяли поведение. Наши действия суть результат сложного сплава биологических, исторических, социальных, культурных и всевозможных случайных воздействий, оставивших отпечаток в конфигурации нашего набора частиц. Но наши вкусы и инстинкты — существенная часть этой смеси, и эволюция, подчиняющая все повышению выживаемости, играет серьезную роль в их формировании. Мы можем научиться новым трюкам, но с точки зрения генетики и, следовательно, инстинкта мы все с вами — «старые псы».

Соответственно, вопрос в том, может ли дарвиновская эволюция пояснить не только кулинарные, но и литературные вкусы. Почему наших предков тянуло тратить драгоценные ресурсы — время, энергию и внимание — на рассказывание историй, что, на первый взгляд, никак не повышает шансы на выживание? Особенно непонятны в этом контексте придуманные истории. Какая эволюционная польза от близкого знакомства с приключениями воображаемых героев, преодолевающих выдуманные препятствия в несуществующих мирах? Эволюция с ее неумолимым случайным продвижением по адаптивным ландшафтам умеет эффективно обходить экстравагантные поведенческие склонности. Генетическая мутация, которая пригасила бы в нас инстинкт рассказчика и освободила время для заточки еще нескольких копий или разделки еще пары буйволиных туш, на первый взгляд, должна была дать конкурентное преимущество и со временем победить. Но этого не произошло. Или по какой-то причине эволюция упустила такую возможность.

Исследователи давно пытаются понять, почему так случилось, но данных у них очень мало. Почти нет информации о том, как сложилась повествовательная традиция или какую пользу приносило рассказывание историй нашим пращурам тысячи поколений назад. Это лишний раз подчеркивает общую сложность исследований, направленных на поиск эволюционной основы поведения; в последующих главах мы неоднократно встретим это в разных видах. С точки зрения естественного отбора главное здесь — влияние, которое та или иная схема поведения оказала бы на вероятность выживания и продолжения рода у наших предков на протяжении основной части их истории. Поэтому для достоверного описания необходимо тонкое понимание древнего представления о мире и его взаимодействия с окружающей средой. Но письменная история содержит информацию лишь о последней четверти процента из примерно 2 млн лет, миновавших после первых человеческих миграций из Африки. Ученые разработали косвенные методы восстановления очертаний прошлого, включающие подробное исследование древних артефактов, экстраполяцию в прошлое этнографического анализа сохранившихся до наших дней групп охотников-собирателей и исследование архитектуры мозга в поисках когнитивного эха древних адаптивных подвигов. Лоскутный характер данных ограничивает теоретизирование, но допускает все же немало различных точек зрения.

Согласно одному из таких взглядов, поиск адаптивной роли рассказывания историй — это поиск приспособленности там, где ее нет. Данная поведенческая склонность может оказаться побочным продуктом других эволюционных изменений — изменений, на самом деле повышавших шансы на выживание и потому развивавшихся обычным путем, при помощи естественного отбора. Общая установка, которую так ярко подчеркнули Стивен Джей Гулд и Ричард Левонтин в своей знаменитой статье, состоит в том, что эволюцию не выбирают[166]. Иногда эволюция предлагает только пакетные решения. Большой серый мозг человеческой разновидности, до отказа набитый тесно связанными нейронами, очень хорош для выживания, но при этом, возможно, нечто, неразрывно связанное с его конструкцией, гарантирует, что его обладатели обожают истории. Представьте, к примеру, что наш успех как социальных существ опирается отчасти на обладание хорошей агентурной информацией: кто успешен, кто потерпел неудачу, кто силен, кто уязвим, кому можно доверять. Учитывая адаптивную полезность такой информации, мы склонны обращать внимание на ее наличие. А когда такая информация у нас имеется, мы нередко делимся ею в обмен на «лакировку» нашего социального статуса. Поскольку в выдуманных историях такой информации пруд пруди, наш адаптивно настроенный разум, возможно, всегда готов навострить уши, выслушать и повторить, даже если сюжет выдуман. Таким образом, естественный отбор улыбается мозгу, когда тот оттачивает навыки общественной жизни, хотя и закатывает глаза, бесконечно выслушивая навязчивые истории.

Убедила вас эта гипотеза? Многие — и я в том числе — считают неправдоподобным, что мозг, при всей его способности к новаторским решениям, зациклился на таком повсеместном и очевидно важнейшем, но при этом адаптивно бесполезном поведении. Некоторые аспекты переживаний, связанных с историями, действительно могут оказаться частью какого-то комплексного эволюционного решения, но если бы рассказывание историй, выслушивание историй, а затем пересказывание этих историй заново являлось всего лишь побочной, никому не нужной болтовней, то эволюция, как мне представляется, нашла бы способ избавиться от такой расточительной привычки. Но тогда как же рассказывание историй может окупать себя в адаптивном плане?

Занимаясь поисками ответа на этот вопрос, мы должны помнить правила игры. Для многих вариантов поведения совсем несложно сочинить задним числом адаптивные роли. А поскольку мы не можем проверить подобные предположения, прогнав еще раз эволюционный процесс, то существует опасность остаться с набором «просто» историй на руках. Самыми убедительными являются те гипотезы, что начинаются с заданной адаптивной проблемы — которая, если ее удастся преодолеть, приведет к явному репродуктивному успеху — и утверждают, что какой-то конкретный вариант поведения (или набор таких вариантов) изначально отлично подходит для решения этой проблемы. Пример тому — эволюционное объяснение нашей любви к сладкому. Человеку, чтобы выжить и оставить потомство, необходимо некоторое минимальное количество калорий. Перед лицом потенциального резкого падения количества потребляемых калорий любовь к пище с высоким содержанием сахаров имеет выраженную адаптивную ценность. Если бы вы конструировали человеческий разум, зная о физиологических потребностях человеческого тела и характере среды, окружавшей наших предков, несложно представить, что вы запрограммировали бы мозг так, чтобы он побуждал тело есть фрукты при всякой возможности. Поэтому тот факт, что естественный отбор пришел именно к этой стратегии, вовсе не удивителен. Вопрос в том, существуют ли аналогичные адаптивные соображения, которые могли бы побудить вас запрограммировать человеческий разум так, чтобы он создавал, рассказывал и слушал истории.

Такие соображения имеются. Возможно, рассказывание историй — способ, при помощи которого разум репетирует взаимодействие с реальным миром, мозговая версия той игровой активности, которая зарегистрирована у многих видов и позволяет безопасно осваивать и доводить до совершенства жизненно важные навыки. Ведущий психолог и специалист в области сознания Стивен Пинкер так описывает эту идею в особенно компактной форме: «Жизнь напоминает шахматы, а сюжеты книг — как те сборники знаменитых шахматных партий, которые серьезный игрок изучает досконально, чтобы быть готовым ко всему, если вдруг сам окажется в подобной переделке»[167]. Пинкер считает, что через историю каждый из нас выстраивает «мысленный каталог» стратегических ответов на потенциальные жизненные финты, с которым всегда можно справиться в трудный момент. Как отбиться от кровожадных дикарей, как ухаживать за потенциальными партнерами, как организовывать коллективные охоты, как избегать ядовитых растений, как воспитывать молодежь, как распределить жалкие пищевые ресурсы и так далее — нашим пращурам приходилось преодолевать одно препятствие за другим, чтобы их гены могли сохраниться в последующих поколениях. Погружение в выдуманные истории, где разбирается широкий ассортимент подобных сюжетов, вполне способно было довести до совершенства стратегии и реакции наших пращуров. Поэтому запрограммировать мозг на увлечение выдуманными историями — умный способ дешево, безопасно и эффективно снабдить разум более широкой базой опыта, на основании которого он может действовать.

Некоторые лингвисты с этим не согласились, отметив, что стратегии, которыми пользуются выдуманные герои в борьбе с ненастоящими препятствиями, вряд ли стоит в общем случае применять в реальной жизни — по крайней мере, это неблагоразумно[168]. «Вы можете плохо кончить, как комичный Дон Кихот или трагично запутавшаяся Эмма Бовари — оба они слетели с катушек потому, что путали литературные фантазии с реальностью» — так живо подытожил Джонатан Готтшалл мнения критиков[169]. Пинкер, конечно, не имел в виду, что мы копируем действия героев услышанных историй; он подразумевал, скорее, что мы на них учимся. Такой подход, отмечает Готтшалл, станет более понятным, если слегка сместить метафору и взять ту, что предложил психолог и романист Кит Оутли[170]: вместо мысленной картотеки представить себе авиатренажер. Истории представляют нам выдуманные миры, где мы следуем за героями, приключения которых намного превосходят все, что пришлось испытать нам самим. Сквозь закаленное стекло рассказа мы полными ужаса глазами в мельчайших подробностях разглядываем великое множество экзотических миров. Именно благодаря этим постановочным эпизодам расширяется и совершенствуется наша интуиция, становясь более острой и гибкой. Столкнувшись с чем-то незнакомым, мы не запускаем в собственном сознании когнитивный поиск некоего надежного советчика вроде тех, что десятилетиями вели колонки в газетах и давали домохозяйкам полезные советы. Нет, мы заранее при помощи историй усваиваем более тонкое чувство того, как следует реагировать и почему, и это внутреннее знание направляет наше будущее поведение. Взрастить в себе внутреннее чувство героической страсти совершенно не то же самое, что бросаться на мельницы; именно это чувство осталось во мне, да и во многих других тоже, после того как мы перевернули последнюю страницу приключений Алонсо Кихано.

Если представить себе авиатренажер как метафору адаптивной полезности рассказа, то как бы мы запрограммировали сам этот тренажер? Какого рода истории он должен был бы предлагать «курсантам»? Ответ на этот вопрос можно взять с первой страницы пособия по писательскому мастерству для начинающих. Необходимость конфликта — аксиома литературного творчества. Необходимость трудностей. Необходимость проблем. Нас притягивают герои, которые стремятся к цели, требующей преодоления опасных препятствий, внешних и внутренних. Их путешествия, настоящие и символические, заставляют нас нетерпеливо вертеться на краешке стула или яростно перелистывать страницы. Конечно, самые захватывающие истории содержат удивительные, занимательные, даже жуткие подходы к персонажам, сюжету и технике повествования, но для многих, стоит убрать конфликт, вся история закончится пшиком. И вовсе не совпадение, что то же самое можно сказать об эволюционной полезности сюжетов, используемых в нарративном авиатренажере. Без конфликта, без трудностей, без проблем адаптивная ценность истории тоже превратилась бы в пшик. Историю некоего Джозефа К., с радостью признающегося в неназванном преступлении и покорно отбывающего неоправданное наказание, получилась бы короткой. И если не вносить никаких изменений в сюжет, впечатления не производила бы никакого. Как и история Дороти, которая спокойно отдала свои красные башмачки, сошла с дороги из желтого кирпича и навсегда поселилась у жевунов. Ясные небеса, идеальные, как в учебнике, машины и образцовые пассажиры — не те вводные, которые помогут авиатренажеру повысить готовность пилота. Полезность тренажерной подготовки к реальному миру состоит во встрече с ситуациями, с которыми было бы трудно справиться без подготовки.

Такой взгляд на историю может пролить свет также и на то, почему любой человек, включая вас и меня, тратит по паре часов каждый день на составление историй, которые мы редко потом вспоминаем и еще реже рассказываем кому-то. Говоря «день», я подразумеваю ночь, а истории — то, что мы создаем во время фазы так называемого быстрого сна. Сегодня, больше века спустя после «Толкования сновидений» Фрейда, у ученых по-прежнему нет согласия по вопросу о том, зачем мы видим сны. Я прочел книгу Фрейда при изучении в старших классах школы курса «Гигиена» (да, представьте себе, именно так он и назывался) — довольно странное требование для курса, который преподавали школьные учителя физкультуры и тренеры и который был сосредоточен в основном на оказании первой помощи и обычных стандартах чистоты. Поскольку материала на целый семестр не хватало, курс был дополнен обязательными докладами учащихся по темам, которые казались хотя бы отдаленно связанными с предметом. Я выбрал для себя сон и сновидения и, вероятно, воспринял тему слишком серьезно — прочел Фрейда и провел немало часов после школы, роясь в научной литературе. Интереснейшим моментом для меня — и для класса тоже — стала работа Мишеля Жуве, который в конце 1950-х гг. исследовал мир сновидений кошек[171]. Отключив часть кошачьего мозга (голубое пятно, если вам нравятся такие подробности), Жуве снял нервный блок, который в обычных условиях не позволяет сновидениям стимулировать реальные телесные действия; в результате спящие кошки у него подкрадывались, выгибали спину, шипели и били лапой, реагируя, вероятно, на воображаемых хищников и добычу. Если не знать, что животные спят, можно было подумать, что они отрабатывают какой-то кошачий бой с тенью. Несколько позже исследования на крысах с использованием более совершенных неврологических зондов показали, что образы мозга крыс во время сновидений так точно соответствуют тем же образам, записанным во время бодрствования и изучения нового лабиринта, что исследователи могут проследить ход крысиного сновидения, повторяющего ее дневные переживания[172].

Когда кошки и крысы видят сны, то выглядит это в точности так, будто они репетируют варианты поведения, полезные для выживания.

Наши общие с кошками и грызунами предки жили примерно 70–80 млн лет назад, так что экстраполяция спорных выводов на виды, разделенные десятками тысяч тысячелетий, должна быть обставлена большим количеством предупредительных меток. Но можно представить, что наше пропитанное языком сознание, возможно, порождает сновидения с аналогичной целью: дать когнитивные и эмоциональные упражнения, расширяющие знания и обостряющие интуицию — ночные сеансы на авиатренажере историй. Возможно, именно поэтому каждый из нас за время типичной жизни проводит семь полновесных лет с закрытыми глазами и неподвижным в основном телом, поглощая истории собственного авторства[173].

Изначально, однако, рассказывание историй — не то, чем занимаются в одиночку. Искусство повествования — наш наиболее мощный инструмент для проникновения в сознание других людей. Для нас, как для глубоко социального биологического вида, способность моментально проникнуть в сознание другого человека сыграла, возможно, принципиально важную роль в деле выживания и доминирования. Отсюда еще одна родственная причина того, что истории накрепко вшиты в поведенческий репертуар человека, — еще один вариант адаптивной полезности нашего повествовательного инстинкта.

Рассказывание историй и сознание других

Профессиональная дискуссия в среде физиков обычно изобилует специальным жаргоном, украшенным конфетти уравнений. Это не тот материал, который завоевал бы внимание собравшихся у походного костра. Тем не менее, если вы умеете читать уравнения и интерпретировать жаргон, рассказываемые физиками истории могут оказаться волнующими. В ноябре 1915 г., когда измотанный Альберт Эйнштейн, почти завершивший работу над общей теорией относительности, сумел применить свои уравнения для объяснения давней загадки орбиты Меркурия, которая слегка отличается от ньютоновских предсказаний, он был настолько взволнован, что сердце стало биться учащенно. После почти десять лет странствия по коварным водам сложной математики такой результат был подобен земле, впервые показавшейся на горизонте. Перефразируя более позднее описание Альфреда Норта Уайтхеда, это означало, что дерзкий поход Эйнштейна благополучно завершился на берегах понимания[174].

Мне не довелось совершить столь монументального открытия. Мало кому это удавалось. Но даже более прозаичные открытия могут вызвать у ученого аналогичное возбужденное сердцебиение. В эти моменты испытываешь чувство глубокой связи с космосом. По правде говоря, это и есть главное содержание историй, вплетенных в абстрактную математику и специализированный язык. Эти истории дают подробнейшее описание Вселенной или чего-то, связанного со Вселенной, — как она родилась, как стареет, как развивается. Эти истории дают возможность взглянуть на Вселенную с точки зрения, которая в иных условиях недоступна. Они образуют вход в новые царства реальности, которые в самых приятных случаях оказываются совершенно неожиданными. При помощи математики, подтвержденной экспериментом и наблюдениями, нам позволяется общаться с чуждым и чудесным космосом.

Истории, которые уже много тысяч лет люди рассказывают на естественных языках, играют аналогичную роль. При помощи историй мы отрываемся от единственной доступной нам обычной точки зрения, и на краткий миг нам удается увидеть мир иначе. Мы воспринимаем привычный мир глазами рассказчика и через призму его воображения. Авиатренажер историй — наш портал в индивидуальные миры, существующие в сознаниях других людей. По словам Джойс Кэрол Оутс, чтение — «единственное средство, при помощи которого мы влезаем невольно, часто оказываясь беспомощными, в чужую кожу, чужой голос, чужую душу, чтобы проникнуть в сознание, нам неизвестное»[175]. Без историй нюансы чужого сознания были бы для нас так же непроницаемы, как микромир без знания квантовой механики.

Дает ли это отличительное свойство историй эволюционные последствия? Исследователи считают, что да. Мы пришли к успеху в значительной степени потому, что мы — чрезвычайно общественный вид. Мы способны жить и работать группами. Не в идеальной гармонии, но с достаточной степенью сотрудничества, чтобы сильно поднять шансы на выживание. Дело не только в том, что вместе безопаснее. Вместе можно изобретать, участвовать, доверять и сотрудничать. А для успешной совместной жизни очень важно то самое знакомство с разнообразием человеческого опыта, которое мы впитываем через истории. Психолог Джером Брунер отметил, что «мы организуем свой опыт и свою память о человеческих событиях в основном в форме нарратива»39, и это заставило его усомниться в том, что «такая коллективная жизнь была бы возможна, если бы не наша человеческая способность организовывать и передавать опыт в виде нарратива»[176]. Посредством нарратива мы исследуем весь спектр человеческого поведения, от общественных ожиданий до чудовищных проступков. Мы наблюдаем всю широту человеческой мотивации, от высоких стремлений до достойной порицания жестокости. Мы встречаем самые разные человеческие переживания, от победного триумфа до душераздирающей утраты. Как подчеркивает лингвист Брайан Бойд, нарративы таким образом делают «социальный ландшафт более судоходным, более широким, более открытым для возможностей», порождая в нас «жажду понять наш мир не только в терминах нашего собственного непосредственного опыта, но и через опыт других — и не только реальных других»[177]. Сюжеты, рассказанные в мифах, историях, сказках или даже в приукрашенных описаниях повседневных событий, — ключ к нашей общественной природе. При помощи математики мы соприкасаемся с другими реальностями; при помощи историй мы соприкасаемся с другими сознаниями.

Когда я был ребенком, я часто смотрел оригинальный сериал «Звездный путь» вместе с отцом, а позже повторил эту традицию с собственным сыном. Поучительные истории и космические оперы всегда привлекают тех, кому нравятся героические походы, сдобренные философскими размышлениями. В одном из самых захватывающих эпизодов, «Дармок», из сериала «Звездный путь. Следующее поколение», показана чрезвычайно важная роль историй в формировании цивилизации. Представители гуманоидной расы тамарианцев общаются между собой исключительно посредством аллегорий, поэтому прямая и ясная речь капитана Пикара для них так же непостижима, как для него — их постоянные ссылки на множество незнакомых историй. В конце концов Пикар, поняв их основанное на аллегориях мировоззрение, добивается межрасового взаимопонимания, читая «Поэму о Гильгамеше».

Для тамарианцев закономерности жизни и общества запечатлены в наборе общеизвестных историй. Наши ментальные шаблоны не столь однобоки, но тем не менее именно нарратив обеспечивает нам одну из важнейших концептуальных схем. Пионеры эволюционной психологии антрополог Джон Туби и психолог Леда Космидес высказали предположение, почему это так: «Мы развились не так уж давно из организмов, для которых единственным источником информации (не врожденной) был собственный опыт особи»[178]. А опыт, будь то спор с толпой на современной Таймс-сквер или организация групповой охоты на равнинах кайнозойской Африки, дает информацию в виде пакетов, напоминающих истории. Если бы мы обладали фантастическим сверхчеловеческим зрением, позволяющим видеть частицы, о котором я говорил в предыдущей главе, пакеты опыта, возможно, имели бы иной характер: возможно, мы организовывали бы свои мысли и воспоминания в виде траекторий частиц или квантовых волновых функций. Но при обычном человеческом восприятии палитра нашего опыта расцвечена нарративом, и, соответственно, наш разум приспособлен к изображению Вселенной через истории.

Заметим, однако, что форма — это одно, а содержание — другое. Хотя опыт привил нам тягу к структуре истории, мы используем нарратив для организации наших представлений далеко не только в рамках встреч с другими людьми. Отличный пример здесь — успехи науки. История о том, как одинокий биологический вид пускается в путь, чтобы овладеть величественными тайнами реальности, и возвращается с самыми поразительными открытиями, действительно может стать сюжетом драмы или героического эпоса. Но стандарт успеха для научного содержания этих историй диаметрально противоположен тем мерам, которыми мы измеряем наши человеческие одиссеи. Главная задача науки — отдернуть завесу, которая заслоняет собой объективную реальность, поэтому научные описания должны соответствовать стандартам логики и проверяться при помощи воспроизводимой экспериментальной экспертизы. Это сила и это же слабость науки. При помощи строгого следования стандартам, помогающего минимизировать субъективность, наука концентрируется на результатах, недоступных ни одному члену нашего биологического вида по отдельности. Исключительно важное для квантовой физики уравнение Шредингера многое сообщает нам об электронах — как же захватывающе видеть перед собой уравнение, описывающее поведение этих туманных частиц с большей точностью, чем можно описать любое другое событие на нашей планете! — но эта математика мало что говорит нам о Шрёдингере или об остальных людях. Это цена, которую наука с гордостью платит за квантовую летопись, применимую далеко за пределами нашего уголка реальности и, быть может, верную повсюду в пространстве и времени.

Истории, которые мы рассказываем о различных персонажах, реальных или выдуманных, имеют другую цель. Они освещают богатство нашего неумолимо ограниченного и насквозь субъективного существования. Ошеломляющий рассказ Амброза Бирса, описывающий короткий эпизод военной казни на мосту через Совиный ручей, в максимально обнаженном виде показывает то, что Эрнест Беккер описывал как «мучительную врожденную жажду жизни»[179]. В рассказе мы видим усиленную версию этой мучительной жажды. И когда мы становимся свидетелями того, как измотанный, но радостный Пейтон Факуэр протягивает руки, чтобы обнять жену, а петля резко выдергивает его — и нас — из сцены воображаемого побега, наше представление о том, что значит быть человеком, расширяется. При помощи языка эта история разрывает пределы, которые в противном случае наложил бы наш собственный скромный опыт. По мере того как мастерски подобранные слова направляют наше воображение, мы обретаем более глубокое чувство нашей общей человечности и более тонкое понимание того, как нам выжить как общественному биологическому виду.

Повествовательный импульс — имеет ли он дело с фактом или выдумкой, символичен он или буквален — универсален для человека. Мы воспринимаем мир при помощи чувств; стремясь к согласованности и рассматривая возможности, мы ищем закономерности, изобретаем закономерности и воображаем закономерности. При помощи историй мы озвучиваем то, что удается найти. Этот непрерывный процесс играет важную роль в том, как мы организуем нашу жизнь и придаем смысл существованию. Истории о персонажах, реальных или выдуманных, реагирующих на ситуации, знакомые или необычайные, порождают виртуальную вселенную человеческого существования, которая пронизывает наши реакции и оттачивает наши действия. Когда-нибудь в далеком будущем, если нам доведется наконец принять у себя гостей из какого-нибудь отдаленного мира, то окажется, что наши научные нарративы содержат истины, которые они тоже, скорее всего, открыли, так что здесь нам практически нечего будет им предложить. Зато наши человеческие нарративы, как в случае с Пикаром и тамарианцами, расскажут гостям о том, кто мы есть.

Мистические повествования

В ученом сообществе результаты исследований оцениваются высоко, если они объясняют загадочные данные, или предлагают решение сложных теоретических задач, или позволяют нам сделать что-то прежде недоступное. Огромное большинство научных достижений привлекает интерес лишь специалистов, но некоторым из них удается подняться над общей массой и оказать широкое культурное воздействие. По большей части это открытия, имеющие отношение к глобальным вопросам, выходящим за рамки многочисленных научных подробностей. Как возникла Вселенная? Какова природа времени? Действительно ли время таково, каким кажется? Если усвоить самые проработанные ответы науки на подобные большие вопросы, то в вашем мировоззрении почти наверняка произойдет сдвиг. Мы живем на скромной планете, обращающейся вокруг обычной звезды, образованной после масштабного расширения изначального пространства, — вот первое, что приходит мне в голову, когда я думаю, как мы вписываемся в общую картину. То, что время для меня идет с другой скоростью, чем для любого другого человека, если только он не движется точно вместе со мной, — поразительный факт, над которым я неустанно думаю. То, что наша трехмерная на первый взгляд реальность может оказаться тонким срезом более величественной пространственной структуры, — интереснейшая возможность, которую я с удовольствием представляю себе.

На протяжении тысячелетий различные культуры также породили особые истории, которым удалось подняться над остальными и оказать широкое влияние на мировоззрение соответствующего сообщества. Это мифы различных культур — истории, которые общество рассматривало с достаточным почтением, чтобы в конце концов они обрели священный ореол. Известно, как трудно точно определить миф, но мы будем считать, что миф — это история, в которой с привлечением сверхъестественных агентов исследуются великие вопросы культуры: ее происхождение, ее традиционные ритуалы, ее специфические способы упорядочения мира. Благодаря долговечности, широкой известности и готовому портфолио фундаментальных объяснений мифы становятся основой общего наследия, сводом трагедий и триумфов, хроник и фантазий, приключений и раздумий, которые определяют народ и формируют общество.

Ученые издавна занимались чтением и интерпретацией мифа и придумывали для этого новые подходы. В начале XX в. антрополог сэр Джон Фрэзер предположил, что мифы рождаются из попыток объяснить загадочные явления жизни и природы, встреченные нашими древними братьями. Психоаналитик Карл Юнг считал, что через архетипы — универсальные паттерны, изначально присущие, как он предполагал, нашему бессознательному, — мифы выражают общие для всех качества человеческого опыта. Джозеф Кэмпбелл выступал за «мономиф», универсальный шаблон для мифологических историй, в которых нерешительный персонаж получает призыв к действию, переживает приключение, полное опасностей и отгоняющих смерть ритуалов посвящения, и в конечном итоге возвращается домой возрожденным героем, путешествие которого способно потрясти наше чувство реальности до основания[180]. Позже философ Майкл Витцель предположил, что универсальный шаблон проявляется наиболее ясно не на уровне отдельных мифов, но лишь при рассмотрении всего набора мифов данной традиции и представляет собой цепочку последовательных сюжетов, протянувшихся от начала мира до его финальной гибели. Витцель с привлечением лингвистики, популяционной генетики и археологии доказывает, что общие черты этих нарративов можно проследить в более ранних формах мифологии, которые возникли в Африке в незапамятной древности — возможно, 100 000 лет назад[181].

Эти и другие гипотезы — их слишком много, чтобы упомянуть все, — вызывают возражения и яростную критику. У них есть свои сторонники и противники; они испытывают взлеты и падения. Некоторые ученые предполагают, что, несмотря на очень сильное искушение найти одно-единственное всеобъемлющее объяснение для мифа, — ведь это помогло бы распознать те вездесущие качества, которые сформировали наше древнее наследие, — сложность человеческой жизни, разворачивавшейся в сумеречном и неопределенном пространстве истории, возможно, не поддается единому объяснению. Для нашей цели, однако, можно ограничить широту объяснений. Религиовед и писатель Карен Армстронг предложила самый краткий из возможных выводов, сказав, что основы мифа «почти всегда лежат в опыте столкновения со смертью и страхе исчезновения»[182], и даже если мы, будучи чуть более консервативными, смягчим и заменим «почти всегда» на «часто» или «во многих случаях», у нас все равно останется мощный маяк, который поможет нам сориентироваться.

Несколько примеров. Услышав о человеке, которому боги, по слухам, даровали бессмертие, Гильгамеш ни перед чем не остановится — пройдет огромные дикие пространства, без боя одолеет чудовищных людей-скорпионов, переправится через Воды Смерти, — лишь бы узнать секретный способ избежать неизбежного вообще-то конца. Смерть — центральный компонент индуистской легенды о богине Кали, совершенство которой так разъярило ее божественных коллег, что они снесли ей голову молнией[183]. Смерть лежит в центре мифа о сотворении мира народа коно, в котором Са, бог смерти, считает, что его дочь похищена богом Алатанганой, и в отместку наказывает все человечество, делая его смертным; смерть играет значимую роль в океанийской истории Мауи, который проходит сквозь ужасные челюсти спящей богини ночи Хине-нуи-те-по, намереваясь вырвать ей сердце и тем самым обрести бессмертие, — но Хине просыпается и острыми, как бритва, зубами разрывает героя на кусочки[184]. Откройте на случайной странице свой любимый сборник мифов мира, и вам не придется далеко листать, чтобы оказаться перед дверью смерти. Этим сказкам о персонажах, сражающихся за свою жизнь и приносящих в мир смерть, вторит множество историй, повествующих об уничтожении всего мира. Как отмечает Витцель, такое разрушение «может иметь характер окончательного мирового пожара — "гибели богов", или Рагнарёка в "Эдде", расплавленного металла в зороастрийском мифе, разрушительного танца Шивы и огня в Индии, огня в мифе народа мунда, огня/воды и т. п. в мифах майя и других мезоамериканских мифах или проявиться в виде окончательного разрушения Земли Атоном в Египте»[185]. И если вам этого не хватило, существует еще множество историй, в которых рассказывается о других видах разрушений и в которых щедро используются лед, бесконечные зимы и наводнения, популярные во всем мире.

Что же происходит? Почему так много опасности, смерти и разрушения? Нарративу необходимы конфликт и проблема; если мы не поставили себе целью перевернуть нормы нарратива с ног на голову, нам вряд ли удастся отыскать историю, в которой не было бы этих элементов. Добавьте к этому глобальные вопросы, лежащие в основе мифа — происхождение земли или народа и обоснование образа жизни, — и дилеммы, изначально присущие историям, обострятся до крайности. Развитие вряд ли могло быть иным. К тому моменту, когда у нас появился язык, и к тому моменту, когда мы начали рассказывать истории, мы приобрели способность жить не только настоящим моментом. Мы способны с легкостью путешествовать в прошлом и будущем. Мы способны планировать и рассчитывать, согласовывать и передавать информацию, предвидеть и готовиться. Полезность этих способностей очевидна, но при такой ментальной ловкости мы к тому же живем с воспоминаниями о тех, кто был до нас, но кого нет больше. Мы выводим закономерность, которая никогда не нарушалась: каждая жизнь заканчивается. Мы признаем, что жизнь и смерть сплелись в неразрывных объятиях. То и другое — двуединое свойство существования. Подумать о начале — значит поднять вопрос о конце. Подумать о том, как прожить жизнь, — значит подумать об отсутствии жизни. Неизбежность смерти — главное, что мы должны осознать здесь и сейчас; и можно представить себе, что в эпохи, когда конец жизни мог наступить еще более прихотливо, это было куда важнее. Поэтому не стоит удивляться, что на первый план часто выходили темы смерти и разрушения.

Но почему эти древние легенды населены маньяками-великанами, огнедышащими змеями, быкоголовыми существами и т. п.? Почему ужасающие фантастические байки, а не ужасающий реализм? Почему «Полтергейст» и «Экзорцист» идут в прокате лучше, чем «Спасти рядового Райана» и «Бешеные псы»? Антрополог-когнитивист Паскаль Буайе, опираясь на более раннюю работу когнитивиста Дэна Спербера[186], предложил ответ. Концепции, чтобы захватить наше внимание, заставить себя запомнить и передать другим, необходимо быть достаточно новой, чтобы вызвать удивление, но не настолько невероятной, чтобы мы сразу же сочли ее нелепой. Буайе утверждает, что заданный сюжет попадает точно в когнитивное яблочко, если он «минимально контринтуитивен» — то есть нарушает одно или, возможно, даже два наших глубоко укоренившихся представления[187].

Человек-невидимка? Конечно, если невидимость — единственная контринтуитивная черта. Река, которая решает дифференциальные уравнения, пропевая их на мелодию главной темы сериала «МЭШ»? Глупо, и потому отбрасывается почти всеми и быстро забывается. Равняясь на грандиозные темы легенд и мифов, встреченные нами герои тоже грандиозны и представляют собой минимально контринтуитивные плоды человеческого воображения. Неудивительно, что эти герои обладают физической формой, мыслительными процессами и даже личностными профилями, по меньшей мере хорошо нам знакомыми, даже если их мощь и возможности превосходят все ожидания, основанные на реальном опыте.

Язык добавляет еще один «цилиндр» к творческому «двигателю» мифа. Как только мы получаем способность описывать устройство и состояние обычных вещей — бушующих гроз, горящих деревьев, ползающих змей и т. п., — язык формирует для нас своеобразный нарративный конструктор, позволяя свободно смешивать и составлять детали сюжетов. Гигантские скалы и говорящие люди всего на одну перестановку отстоят от куда более захватывающего лингвистического блюда — говорящих скал и гигантских людей. Язык высвобождает когнитивную способность придумывать всевозможные импровизированные комбинации, ведущие к новизне[188]. Разум, овладевший этой силой, обретал способность видеть старые проблемы по-новому. Такой разум был готов к инновациям. Именно такому разуму со временем суждено было управлять миром и менять его лицо.

Кроме того, семена творческого начала сеет и наша теория сознания — наша врожденная склонность приписывать разум всему встреченному на пути, что хотя бы отдаленно намекает о возможном наличии этого качества. Как уже говорилось ранее при обсуждении сознания, мы, встречая других людей или хотя бы видя их в отдалении, без прямого контакта, сразу же наделяем их разумом, более или менее похожим на наш собственный. С эволюционной точки зрения это хорошо. Другие разумы могут демонстрировать варианты поведения, которые нам полезно предугадывать. То же относится и к животным, так что мы инстинктивно приписываем и им намерения и желания. Но иногда, как подчеркивали психолог Джастин Барретт и антрополог Стюарт Гатри, мы заходим в этом слишком далеко[189]. С эволюционной точки зрения это тоже, вероятно, неплохо. Принять залитый лунным светом куст за отдыхающего льва не страшно. Решить, что только что услышанный шум издал сломанный ветром древесный сук, тогда как на самом деле это был подкрадывающийся леопард, — смертельно. Если речь идет о том, чтобы видеть чуждую волю в дикой природе, лучше перебдеть, чем недобдеть (до известного предела, конечно); этот урок прочно усвоили уцелевшие молекулы ДНК и их носители, умеющие рассказывать истории.

Несколько десятилетий назад, во время довольно редкого для меня похода с ночевками на природе, мне пришлось на спор провести некоторое небольшое время в лесу в одиночестве. С собой у меня был брезент, спальник, три спички, небольшой котелок, ручка и тетрадка, и я оказался в одиночестве более глубоком, чем когда-либо. Я был не готов к этому ни в практическом плане, ни психически. Проткнув брезент тщательно выбранными ветками, я соорудил кое-как низкую крышу, но первая же неудачная попытка разжечь костер стоила мне всех трех спичек. Когда солнце начало садиться, а страх — расти, я раскатал спальник, забрался внутрь и лег, уставившись на брезент, колышущийся над самым лицом. Я был близок к панике. Для моих городских ушей и перегретого воображения каждый порыв ветра и каждый треск означал медведя или пуму. Я никогда не считал себя героем, но каждую казавшуюся бесконечной секунду ощущал как собственный ритуал посвящения. Я достал ручку и нацарапал два круглых глаза, нос-пятно и кривой рот со слегка приподнятыми уголками; ручка по брезенту пишет не очень хорошо, но прерывистых синих линий и поцарапанной ткани мне было достаточно. Я по-прежнему был один, но уже не ощущал свое одиночество так остро.

Если каждый звук ночного леса наделялся сознанием, то же можно было сказать и о моем рисунке. Мне предстояло провести в одиночестве всего три дня, но я создал для себя собственного Уилсона.

Эволюция привила нам склонность наполнять окружающий мир огромным количеством думающих и чувствующих объектов. Иногда мы представляем себе, что они предлагают нам помощь и совет, но гораздо чаще нам кажется, что они что-то замышляют и планируют, хитрят и мешают, нападают и мстят. Щедрое наделение звуков и шевелений окружающего мира разумом, направленным на зло и разрушение, может спасти вам жизнь. Когнитивная гибкость, позволяющая смешивать элементы реальности в фантастическое варево, может стать зерном инноваций. Приписывание обычным, в общем-то, героям удивительных сверхъестественных качеств привлекает внимание и способствует культурной передаче. В совокупности эти элементы показывают, какого рода истории захватывали воображение наших предков и обеспечивали нарративное руководство, помогавшее ориентироваться в древнем мире.

Со временем самым долговечным из этих мифологических историй суждено было стать зародышами самых мощных в мире преобразующих сил: религий.

7

Мозг и вера

От воображаемого к священному

Представьте себе, что когда мы наконец установим связь с разумными существами за пределами Земли, они тоже будут рассказывать историю, полную попыток поиска смысла. Жизнь, способная строить телескопы, сооружать космические корабли, выбираться в космос и вслушиваться в его шумы, — это жизнь, способная рефлексировать. По мере взросления разума импульс, направленный на исследование и понимание, проявляет себя как стремление наполнить пережитый опыт смыслом. Стоит ответить на достаточное количество вопросов «как» — и за ними быстро последуют вопросы «почему». Здесь, на Земле, борьба за выживание вынуждала наших древних братьев заниматься текущими вопросами. Им нужно было учиться обрабатывать камень, бронзу и железо. Им нужно было осваивать методы охоты, собирательства, земледелия и скотоводства. Но, выживая, они в то же время пытались разрешить ровно те же самые вопросы, которые решаем и мы, — вопросы происхождения, смысла и цели. Выжить — значит начать поиск ответа на вопрос, почему выживание так важно. Технари неизбежно становятся философами. Или учеными. Или поэтами. Или приверженцами одного из тысяч вариантов и комбинаций систем взглядов и креативного самовыражения, обещающих проникновение в самую суть тех вопросов, которые продолжают глодать нас изнутри еще долго после того, как наши желудки наполнятся.

Как ясно показывают самые древние, самые долгоживущие истории и мифы, самые неотступные из всех вопросов — вопросы экзистенциальные. Как начался этот мир? Как он закончится? Как так может быть, что сейчас мы здесь — а через мгновение нас уже нет? Какие еще миры могут существовать за пределами нашего?

Представляя иные миры

Около 100 000 лет назад где-то в Нижней Галилее — исторической области современного Израиля — ребенок четырех или пяти лет тихонько играл или, может быть, шалил и, серьезно ударившись головой, получил травму. Пол ребенка неизвестен, но давайте представим, что это была маленькая девочка. Причина травмы тоже неясна. Может быть, она споткнулась и упала на склоне крутого каменистого холма, может быть, упала с дерева или была излишне строго наказана? Мы знаем только, что удар рассек ей переднюю правую часть черепа и вызвал травму мозга, с которой девочка прожила до 12 или 13 лет, после чего умерла. Эти факты сообщили нам кости, обнаруженные в Кафзехе, одном из самых древних могильников, раскопки на котором начались в 1930-е гг. Хотя в этом же могильнике обнаружены останки еще 26 человек, захоронение девочки отличается от прочих. На ее грудь были положены рога двух оленей одним концом в ладони ребенка; исследователи считают, что это указывает на определенную церемонию погребения. Возможно ли, что рога были просто случайным украшением? Возможно. Но легко также согласиться и с версией команды исследователей, согласно которой Кафзех 11, как называют этого ребенка, была погребена с ритуалом и ритуал этот 100 000 лет назад провели древние люди, размышлявшие о смерти и пытавшиеся понять, что она означает; возможно, они думали и о том, что может за ней последовать[190].

Хотя выводы о временах столь отдаленных неизбежно оказываются очень приблизительными, раскопки захоронений более поздних эпох повышают правдоподобность этой интерпретации. В 1955 г. в селе Добром, примерно в 200 километрах к северо-востоку от Москвы, экскаваторщик Александр Начаров, работая на глиняном карьере Владимирского керамического завода, заметил в желтовато-коричневой глине в ковше экскаватора кости. Кости оказались первыми из многих, которые в следующие несколько десятков лет удалось найти на площадке Сунгирь — в одном из самых знаменитых могильников эпохи палеолита. Одно захоронение там особенно поражает: мальчик и девочка, которым в момент смерти было примерно 10 и 12 лет, похоронены голова к голове, что как бы намекает на вечное слияние двух юных сознаний. Их останки, преданные земле более 30 000 лет назад, были снабжены одним из самых тщательно подготовленных наборов погребальных принадлежностей, которые когда-либо доводилось видеть исследователям. Налобные украшения из обработанных зубов песца, наручные браслеты из мамонтовой кости, больше дюжины копейных наконечников из мамонтовой кости, диски с отверстиями из нее же и более 10 000 резных бусин все из той же мамонтовой кости, которые, скорее всего, были нашиты на погребальные одежды детей. По оценкам исследователей, одному мастеру, который работал бы не разгибаясь по 100 часов в неделю, на изготовление всех этих украшений потребовалось бы более года[191]. Такое богатство, по крайней мере, очень явственно намекает, что ритуальные погребения были частью стратегии, призванной преодолеть окончательность смерти. Тело может исчезнуть, но некая принципиально важная составляющая, которую можно усилить, или ублаготворить, или почтить, или порадовать тщательно подготовленными погребальными атрибутами, продолжится.

Антрополог XIX в. Эдвард Бернет Тайлор утверждал, что к этому выводу древних людей настойчиво подталкивали сновидения[192]. Мы вполне можем представить, что еженощные эскапады, от просто любопытных до самых экстравагантных, должны были настойчиво склонять людей к мысли о том, что за пределами видимого существует и другой мир. Какие бы чувства — страх или утешение — при этом ни возникали, очевидно, что после встречи с умершим другом или родственником человек просыпается с ощущением, что они по-прежнему где-то существуют. Не так, как прежде. И очевидно, не здесь. Но в каком-то эфемерном смысле они по-прежнему рядом. Письменные источники — конечно, гораздо более поздних времен — подтверждают это рассуждение многочисленными рассказами о сновидениях, ставших для кого-то окнами в иные реальности. Древние шумеры и египтяне интерпретировали сны как Божественные указания; и в Ветхом, и в Новом Завете божественная воля часто раскрывается через сновидения. А в современную эпоху исследования изолированных охотничьих обществ, таких как аборигены Австралии, раскрывают важную роль Времени творения (Dreamtime) — вечного царства, откуда происходит любая жизнь и куда вся жизнь рано или поздно вернется. Трансовые состояния, подобные сну, также часто встречаются во многих традициях, где используются ритуалы с ритмичной музыкой и энергичными танцами. Они могут продолжаться часами и вводить присутствующих в гипнотическое состояние; по описанию участников подобных ритуалов, они при этом переносились в иные планы реальности[193].

В часы бодрствования тоже было достаточно эпизодов, наталкивающих на мысль о существовании реальности за рамками видимого мира: могущественные силы, действующие на земле и в небесах; причудливые события повседневного существования; частые опасности, угрожающие жизни и отнимающие ее. Эволюционный успех в обстановке общественной жизни научил наш мозг трактовать обычные события как действия других существ. Когда ударяла молния, начиналось наводнение или землетрясение, мы продолжали воображать, что какое-то мыслящее существо в ответе за все эти события. Мы можем представить, как предки наши, сталкиваясь с подобными событиями, неявно признавали ограниченность своего влияния в этом невидимом мире и в ответ придумывали персонажей, населяющих невидимые царства и обладающих теми самыми возможностями, которых недоставало им самим.

Намеренно или нет, но этот ответ оказался чрезвычайно удачным. Он позволил нам вписать случайные в ином случае события в складные последовательные истории. Представить себе невиданные царства, населенные знакомыми и придуманными персонажами. Дать имена и облики, реальные и фантастические, тем, кто следит за нашими поступками и полностью контролирует нашу судьбу. Переосмыслить смерть как врата, в которые прошли Кафзех 11 и два десятка ее сопещерников, а также многие поколения наших предков, на пути в эти невидимые нам, но восходящие миры. Чтобы раз за разом пересказывать эти истории, привлекая с их помощью личные качества, слабости, обиды, проявления ревности и остальные черты человеческого нрава, существующие в соседних мирах, для объяснения необъяснимых иначе событий в нашем собственном мире.

Художественные деяния наших давних предков — еще один намек на увлеченность их мыслями об иных мирах. На скалах по всему миру исследователи обнаружили десятки тысяч рисованных изображений, причем возраст некоторых из них превышает 40 000 лет. Среди них можно найти целый зверинец, от льва и носорога до творческих гибридов оленя с женщиной или птицы с мужчиной. Изображение человека там вторично и часто выполнено в виде примитивного наброска, если вообще появляется. Коллекции отпечатков человеческих ладоней встречаются во множестве и часто представляют собой хаотичное скопление перекрывающихся обведенных контуров. О смысле подобных композиций мы можем только догадываться.

Попытка прикоснуться к иному царству? Жажда приобщиться к бесконечной, кажется, твердости камня? Своеобразное пышное украшение? Первобытный вариант надписи «Здесь был Вася»? Намерения со временем меркнут, и нам остается только гадать. Размышляя об этом, мы узнаем в танцующем шамане и умирающем бизоне первые плоды творческой силы, в точности похожей на нашу собственную. Вглядываясь в наскальные рисунки, мы встречаем там собственное отражение.

Это повод для глубокого волнения и одновременно ловушка. Желание встречи с древними культурными родичами может завести нас не туда и заставить приписать художественным работам древних неверный смысл. Может быть, пещерное искусство всего лишь бессмысленные каракули раннего сознания. Или, в более возвышенном описании, пещерное искусство, так сказать, демонстрирует нам древнюю тягу к прекрасному — то, что некоторые называют «искусством ради искусства»[194]. Разгадывать побуждения тех, кто жил сотни веков назад, рискованно, и увлекаться этим не стоит. Но когда думаешь о том, какие трудности необходимо преодолеть, чтобы добраться по крайней мере до некоторых из этих площадок, — археолог Дэвид Льюис-Уильямс описывает, как исследователи сегодня и, надо понимать, пещерные художники в те времена «больше километра ползли и пробирались на четвереньках по узкому, абсолютно темному проходу, скользили по глинистым склонам и брели по темным озерам и скрытым под землей рекам»[195], — то объяснение типа «искусство ради искусства» кажется не слишком правдоподобным. Даже особенно склонные к богемному образу жизни представители наших древних братьев, скорее всего, выбрали бы более простые способы удовлетворения чисто художественного импульса.

Может быть, наши художественные пращуры таким образом совершали магические церемонии, чтобы обеспечить успех охоты, — эту идею предложил в начале XX в. археолог Саломон Рейнак[196]. Разве трудно немного полазить по пещере и порисовать в темноте, если так можно обеспечить себе приятный и необходимый обед?[197] Или, как предположил Льюис-Уильямс, развивая более ранние идеи историка религии Мирчи Элиаде, возможно, пещерное искусство происходит от шаманских психоделических «путешествий». По мере того как мифологические нарративы приобретали все большую аудиторию, шаманы — духовные лидеры, получившие влияние за счет того, что убеждали окружающих, а возможно, и себя тоже в собственной способности путешествовать в невиданные царства близлежащих реальностей, — стали посредниками между этим миром и следующим. Тогда источником вдохновения для палеолитических картин могли быть трансовые видения, испытанные шаманами при общении с мифологическими героями или при перевоплощении в воображаемых животных.

Поразительное сходство композиций, разделенных континентами и тысячелетиями, указывает, кажется, на единое всеобъемлющее объяснение пещерного искусства. Но даже если такая гипотеза слишком амбициозна, есть один аспект, в котором археолог Бенджамин Смит полностью убежден: «Пещеры были далеко не просто "холстами". Это были места, где проводились ритуалы, где люди общались с духами и предками, обитающими в ином мире, места, наполненные смыслом и значением»[198]. Согласно Смиту и многим его единомышленникам, наши предки глубоко верили, что через рисунки и ритуалы они могут повлиять на духовные силы. Несмотря на этот уверенный вывод, при взгляде на 25 000, 50 000 или даже 100 000 лет назад подробности просматриваются смутно, так что вряд ли мы когда-нибудь точно узнаем, чем руководствовались наши древние братья. Тем не менее проявляется логичная, хотя и условная, картина. Мы видим, как наши предки совершают церемониальные погребения — ритуализированные проводы в иные миры; как создают картины воображаемой реальности, выходящей за пределы повседневного опыта; как рассказывают мифологические истории, в которых речь идет о могущественных духах, бессмертии и потусторонней жизни. Короче говоря, нити того, что более поздние поколения назовут религией, сплетаются воедино, и не нужно особенно напрягаться, чтобы разглядеть в этом плетении признание непостоянства жизни.

Эволюционные корни религии

Можем ли мы использовать поднимающую голову древнюю религиозность как объяснение широкого распространения религиозных практик во всем мире? Сторонники когнитивного религиоведения, такие как Паскаль Буайе, утверждают, что можем. Буайе считает, что даже к широчайшему спектру вариантов религиозной активности применим единый эволюционный базис: «Подоплеку верований и религиозных обрядов мы будем искать в принципах работы человеческой психики. Психики всех людей, а не только верующих. Человеческой — потому что важны именно свойства, присущие всем представителям нашего биологического вида с нормально функционирующим мозгом»[199].

Суть этого утверждения в том, что черты, присущие человеческому мозгу и сформированные эпохами неустанных сражений за эволюционное превосходство, автоматически настраивают нас на религиозные взгляды. Не то чтобы в мозге человека имелись гены Бога или дендриты набожности. Нет, Буайе основывает свою теорию на представлении о мозге, разработанную в последние десятилетия учеными-когнитивистами и эволюционными психологами и уточняющую привычную метафору разума как компьютера. Вместо того чтобы сравнивать мозг с обычным универсальным компьютером, ожидающим программ, которые могут быть любыми и которые он получает через опыт, мозг здесь сравнивается со специализированным компьютером, заранее снабженным встроенными программами, которые разработал естественный отбор с целью повысить шансы на выживание и репродуктивные перспективы наших пращуров[200]. Такие программы поддерживают то, что Буайе называет «системами гипотетических умозаключений», — специализированные нейронные процессы, которые мастерски реагируют на все те вызовы, от метания копий до ухаживания за потенциальными партнерами и заключения союзов, и должны в конечном итоге определить, чьи гены успешно пройдут в следующий круг, а чьи нет. Главный тезис Буайе: эти системы гипотетических умозаключений легко задействуются теми самыми чертами, что изначально присущи религии.

Мы уже встречались с одной такой системой гипотетических умозаключений: это наша теория сознания, согласно которой человек приписывает то, что он испытывает внутри, сущностям, которые встречает во внешнем мире. Адаптивно полезная тенденция излишне щедро наделять такой деятельностью все вокруг позволяет понять, почему мы с такой готовностью представляем свое окружение — хоть под землей, хоть на небе — обильно населенным внимательными и разумными существами. К другим системам гипотетических умозаключений можно отнести наши интуитивные представления о психологии и физике: без всякого формального обучения все мы примерно представляем, на что способно сознание и тело. Соедините эти системы гипотетических умозаключений с нашим влечением к минимально контринтуитивным концепциям (напомню, это концепции, нарушающие небольшое число наших интуитивных ожиданий) — и станет понятно, почему мы так цепляемся за представления о духах и богах (персонажах, наделенных человекоподобным сознанием, но отличающихся в своей телесности и в своих возможностях, как психологических, так и физических). Кроме того, нормальный мозг имеет социальные системы гипотетических умозаключений, которые, к примеру, отслеживают отношения и заботятся о том, чтобы их носитель получал справедливый шанс на успех. Если я что-то для вас делаю, то вам придется тоже что-то для меня сделать, и не обольщайтесь, я все помню. Именно эта разновидность взаимного альтруизма, возможно, служит источником деловой природы отношений, которые приверженцы религиозных традиций, как правило, поддерживают с теми сверхъестественными существами, что населяют их мир: я принесу тебе жертву, я помолюсь, я буду творить добро, но в завтрашней схватке, буде такая случится, ты прикроешь мне спину. И наоборот, когда приходит беда, мы с готовностью объясняем ее тем, что мы лично или коллективно не смогли соответствовать божественным ожиданиям.

В книге «Объясняя религию» Буайе развивает эти идеи в полной мере; другие исследователи разработали свои вариации на эту тему[201]. Но моя зарисовка передает суть данного подхода: мозг сформирован эволюцией в процессе борьбы за выживание, и получившийся в результате мозг-победитель обладает качествами, которые принимают религию с распростертыми объятиями. Это пример того, что я немного ранее охарактеризовал как эволюционное пакетное решение. Предрасположенность к религиозным верованиям, возможно, не имеет собственной адаптивной ценности, но идет в комплекте с набором других качеств мозга, которые действительно были отобраны за их адаптивные функции. Это не значит, что все мы будем религиозны, по крайней мере не более чем развившаяся в результате естественного отбора любовь к сладкому означает, что все мы то и дело будем уплетать глазированные пончики. Это значит, что системы гипотетических умозаключений мозга особенно чувствительны к характеристикам того рода, что фигурируют в религиях мира. Мало того, такой резонанс и есть причина, по которой эти черты так настойчиво появляются в религиях. Религиозные понятия, будь то духи или боги, демоны или дьяволы, святые или души, — виртуозные дирижеры развивающегося человеческого сознания. Мы внимаем им, мы действуем по их указке, мы пропагандируем их — и таким образом способствуем их широкому распространению[202].

Так что же, все дело в этом? Наше сознание сформировано тем, что выживают наиболее приспособленные, а приспособленное сознание с легкостью усваивает религиозные представления? А как же роль, которую, как нам кажется, играла религия (а для многих продолжает играть) в объяснении на первый взгляд необъяснимого, от происхождения жизни и Вселенной до смысла смерти? Буайе и многие другие, кто продвигает аналогичные взгляды, не отрицают роли религии в решении этих задач, но утверждают, что подобных соображений недостаточно для объяснения того, почему религия возникла и почему она обладает именно такими характеристиками. Главное в религии — человеческое сознание, но, игнорируя его эволюционную природу, мы оставляем за скобками доминирующую силу.

Теория, разработанная Буайе и его коллегами, убедительна и продуманна. Но, как всегда бывает с теоретизированием в феерически сложной сфере мозга, сознания и культуры, определенные выводы, с которыми согласились бы все современные умы или, по крайней мере, те умы, которые упорно размышляют над этими вопросами, получить трудно. Более того, даже если когнитивное религиоведение сумеет доказать, что мы обладаем врожденной восприимчивостью к религиозной мысли, ничто тем не менее не сможет помешать религии быть больше чем просто эволюционный придаток, больше чем просто побочный продукт ранних когнитивных адаптаций. Как утверждают другие исследователи, религия вездесуща, возможно, потому, что она внесла собственный вклад в нашу способность к адаптации.

Один за всех

С ростом численности племена охотников-собирателей столкнулись с критической проблемой. Как обеспечить сотрудничество и лояльность все большего числа отдельных людей? Для родственных групп, согласно идее, восходящей еще к Дарвину и развитой в последующие десятилетия множеством признанных ученых, включая Рональда Фишера, Джона Холдейна и Уильяма Гамильтона, эволюция путем естественного отбора решает эту проблему без всякого труда[203]. Я верен своим братьям и сестрам, своим детям и другим близким родственникам, потому что значимая часть генов у нас общая. Спасая сестру от бегущего слона, я повышаю шансы на то, что генетические сегменты, идентичные моим, уцелеют и будут переданы последующим поколениям. Не то чтобы мне обязательно нужно это знать. Да и в момент своего героического поступка я, разумеется, не подсчитываю относительный состав будущего генного банка. Но по стандартной дарвиновской логике мой инстинктивный порыв защитить родного человека — и даже пожертвовать собой ради родных — тоже будет поддерживаться естественным отбором, поощряя продолжение такого поведения у потомков, которые унаследуют значительный процент моего генетического профиля. Логика рассуждения проста и прямолинейна, но ставит следующий вопрос: когда группы разрастаются и перестают быть чисто родственными, то существует ли «генетическая морковка», которая сможет побудить их членов сотрудничать?

Если бы можно было найти способ заставить меня считать членов большой группы своими родичами — или, по крайней мере, действовать так, как если бы это было правдой, — это решило бы проблему. Но как этого добиться? Ранее мы уже говорили, что, возможно, настройке коллективной жизни способствовали истории — ведь они помогали нам проникать в сознание других и понимать друг друга. Некоторые исследователи, такие как биолог-эволюционист Дэвид Слоан Уилсон, развивавший идеи, выдвинутые в начале XX в. социологом Эмилем Дюркгеймом, считают, что эта адаптивная роль намного шире[204]. Религия — это и есть история, усиленная доктринами, ритуалами, традициями, символами, художественными и поведенческими стандартами. Придавая ауру священности подобным действиям и устанавливая эмоциональную связь между теми, кто их практикует, религия расширяет узы родства. Религия обеспечивает членство неродственным индивидуумам, которые таким образом начинают чувствовать себя частью тесно связанной группы. Хотя наша генетическая общность минимальна, мы настроены на совместную работу и взаимную защиту благодаря религиозной связи.

Такое сотрудничество имеет значение, и весьма глубокое. Как мы уже видели, человек победил не в последнюю очередь потому, что наш биологический вид обладает способностью соединять мозги и мускулы, жить и работать группами, распределять ответственность и эффективно удовлетворять нужды коллектива. Более высокая социальная сплоченность членов религиозно связанной группы должна была сделать их более грозной силой в мире наших предков — и, в соответствии с этой линией рассуждений, обеспечивала принадлежности к религиозной группе адаптивную роль.

Эта точка зрения породила десятилетия споров. Некоторые исследователи разводят руками, как только речь заходит о групповой сплоченности как факторе эволюции; они считают его банальной отговоркой для объяснения предположительно просоциального поведения в тех случаях, когда его адаптивная ценность неочевидна[205]. Более того, адаптивная ценность сотрудничества вообще сложное дело: в любой группе сотрудничающих индивидов члены-эгоисты могут выиграть у системы и получить преимущества. Пользуясь дружеским отношением, эгоисты могут получать непропорциональную долю ресурсов и таким образом несправедливо повышать свои шансы на выживание и продолжение рода. Склонность к эгоизму передается по наследству — соответственно, их потомство будет поступать так же и со временем сживет своих доверчивых товарищей вместе с их религиозными чувствами со свету. Вот вам и адаптивная ценность религии.

Сторонники религиозной основы групповой сплоченности признают существование проблемы, но подчеркивают, что это только одна сторона вопроса. В пределах изолированной группы сотрудничающих индивидов инфильтраторы-эгоисты, конечно, выигрывают. Но группы, о которых мы говорим, — охотники-собиратели плейстоцена — не были изолированными. Они взаимодействовали. Они сражались. И, судя по одному из вариантов прочтения археологической летописи, их сражения были весьма кровавыми. Группа совместно действующих членов, в которой каждый предан благополучию группы, как правило, будет действовать успешнее. Сам Дарвин говорил об этом так: «Когда два племени первобытных людей, живущие в одной стране, сталкивались между собой, то племя, которое (при прочих равных условиях) заключало в себе большее число храбрых, верных и преданных членов, всегда готовых предупреждать других об опасности, помогать и защищать друг друга, — без всякого сомнения, должно было иметь больший успех и покорить другое»[206]. Более того, те, кого побудила служить группе преданность ушедшим предкам или наблюдающим божествам, оказались бы даже более надежными и ярыми в служении делу[207]. Поэтому, чтобы определить, какие генетические черты должны были широко распространиться по генному пулу, мы должны учесть не только внутригрупповую динамику, которая благоприятствует эгоистам, но также и межгрупповую динамику, которая благоприятствует коллективу. Если считать, что на протяжении многих тысяч поколений в подсчете выживания доминировал межгрупповой успех, то главную роль должна была играть принадлежность к группе — и, соответственно, религиозная групповая сплоченность брала верх.

Победа, которую мы таким образом себе представили, остается условной, потому что зависит от того самого предположения — доминирования межгрупповых сил над внутригрупповыми, и далеко не все уверены, что это предположение точно отражает жизнь и смерть охотников и собирателей в нашем прошлом. Еще более ободряет скептиков возможность объяснить кооперативное поведение на более приземленных соображениях — на теории игр. Между крайностями эгоистичного и самоотверженного поведения существует бесчисленное множество стратегий, которыми может руководствоваться каждый отдельный член группы. Я, может быть, и склонен к самоотверженности, но, если постоянно вставать мне поперек дороги, рано или поздно моя эгоистичная сторона проявит себя, причем с лихвой. Может быть, стоит вам утратить мое доверие — и я уже никогда не дам вам второго шанса, а может быть, стоит оказать мне пару услуг и я дам вам возможность вернуть его. И так далее. Что происходит при этом в большой группе, члены которой выбрали для себя широкий спектр разных стратегий? Ну, различные кооперативные стратегии имеют разную ценность для выживания, и потому сами они на протяжении поколений должны стать объектом дарвиновского отбора. При помощи математического аппарата и компьютерного моделирования исследователи сравнили различные стратегии и выяснили, что одна из них — «Я буду делать для тебя нечто хорошее, пока ты в ответ тоже делаешь что-нибудь хорошее для меня, но попробуй только обмануть, и я сразу же отплачу тебе тем же» — надежно бьет остальные варианты, включая и куда более эгоистичные. Таким образом, теоретический анализ подсказывает нам, что условное сотрудничество такого сорта способствует выживанию[208]. Это демонстрирует оппонентам, что сотрудничество может возникать органически и распространяться путем естественного отбора, при этом участникам процесса необязательно придерживаться одинаковых религиозных взглядов.

После нескольких десятилетий препирательств некоторые исследователи теперь утверждают, что эти споры наконец разрешены. Но, поскольку такие оценки звучат от представителей обеих сторон, оценка роли религии как социального «клея», способствовавшего выживанию людей в плейстоцене, по-прежнему не достигла консенсуса. Это сложная проблема. Связывая воедино, помимо других привлекательных качеств, очарование рассказанной истории, склонность видеть вокруг проявления разума, успокоение от ритуальных действий, жажду объяснений, безопасность сообщества и когнитивную притягательность противостояния ожиданиям, религия представляет собой изощренное и многогранное человеческое изобретение, берущее начало во временах настолько отдаленных, что надежных данных о них, от древних практик до внутригрупповых конфликтов, чрезвычайно мало. Споры, несомненно, продолжатся.

Существует, кстати, и еще одна возможность, которая состоит в том, что в оценке потенциальной адаптивной функции религии спор о групповой сплоченности упускает из виду какую-то существенную часть истории. Многие исследователи предполагают, что адаптивное влияние религии очевиднее всего проявляется на уровне индивида.

Индивидуальная приспособленность и религия

В нашем обсуждении происхождения языка одна из гипотез подчеркивала роль сплетен в поддержании иерархии и налаживании союзов. Хотя в наше время подобные разговоры, возможно, считаются легкомысленными, психолог Джесси Беринг считает именно сплетню ядром адаптивной роли религии в древнем мире. Прежде чем мы обрели способность говорить, злоумышленник в коллективе мог нарушать правила — красть еду, заимствовать чужих сексуальных партнеров, отсиживаться в кустах во время общей охоты — и, если свидетелей его проступка было мало и они не имели высокого статуса, вполне мог уйти безнаказанным. Как только появился язык, ситуация изменилась. Даже с одним, но широко обсуждаемым нарушением репутация виновника могла пострадать, а возможности для продолжения рода буквально рухнуть. Согласно гипотезе Беринга, если потенциальный преступник считает, что где-то рядом — в ветре, в ветвях деревьев, в небе — всегда есть могущественный свидетель, он с меньшей вероятностью захочет нарушать правила: поостережется давать повод для сплетен и не захочет стать отверженным в группе. Следовательно, он с большей вероятностью оставит потомство и передаст ему свое инстинктивное благочестие. Предрасположенность к религии защитит его генетическую линию и таким образом станет самовозобновляющейся[209].

Проведенные исследования подкрепляют эту гипотезу. В своих экспериментах Беринг давал ребенку сложное задание, а затем оставлял его одного. В отсутствие надзора за ребенком исследователи получали, в общем-то, ожидаемый результат. Многие дети готовы мухлевать. Однако те из них, которым сказали, что в комнате присутствует невидимый свидетель — доброжелательный, но все замечающий наблюдатель, — придерживаются правил с гораздо большей вероятностью. Это действует даже в отношении тех детей, кто, по их собственным утверждениям, на самом деле не верит в присутствие невидимого существа. Беринг делает вывод о том, что юное сознание, имеющее, как он вполне правдоподобно считает, более непосредственную связь с нашей изначальной человеческой природой, нежели сознание постарше, уже подвергнувшееся значительному культурному влиянию, предрасположено действовать в согласии с незримо присутствующим наблюдателем, постоянно следящим за поведением. В древние времена именно эта установка побуждала наших предков к просоциальному поведению, которое защищало репутацию, повышало репродуктивные возможности и таким образом еще шире распространяло саму установку — установку, вообще говоря, на чувствительность к религии.

Иную адаптивную роль для религии предлагают специалисты по экспериментальной социальной психологии, потратившие не один десяток лет на развитие идеи Эрнеста Беккера, чья книга «Отрицание смерти» направила нас по нашему пути в главе 1. Ужас осознания, что все мы умрем, считают эти исследователи, «должен был превратить наших предков в дрожащие комки биологической протоплазмы, стремительно движущиеся к небытию»[210]. Они считают, что нас, возможно, спасло обещание жизни после физической смерти, буквальной или символической. Сам Беккер убедительно предположил, что борьба с осознанием смертности путем привлечения сверхъестественного стала чудесным изобретением человечества.

Чтобы облегчить мучения от сознания конечности жизни, необходимо средство абсолютной и неограниченной долговечности, которое невозможно получить в реальном мире материальных вещей.

Конечно, образ наших физически крепких пращуров, съежившихся посреди саванны в параличе, вызванном тревогой о будущем, может показаться вам не слишком правдоподобным. Тем не менее при помощи остроумных психологических экспериментов исследователи показали, что даже сейчас, в современную эпоху, на нас вполне заметно, даже если мы этого не осознаём, влияет сознание собственной смертности. В одном из таких экспериментов судей в Аризоне попросили определить рекомендованный размер штрафа для людей, обвиняемых в каком-то правонарушении. Письменная инструкция, которой снабдили судей, включала в себя стандартную анкету на составление личностного профиля; в половине случаев в анкету включили пару дополнительных вопросов, ответ на которые требовал размышлений о собственной смертности (к примеру: «Какие эмоции вызывают у вас мысли о собственной смерти?»). Исследователи предполагали, что, поскольку кодекс законов есть часть совокупных усилий общества по установлению контроля над анархичной в противном случае реальностью, то есть своеобразный барьер, ограждающий нас от опасностей, притаившихся где-то сразу за границей цивилизации, те судьи, которым напомнили о поджидающей в конце пути опасности собственной кончины, должны будут более старательно воплощать в жизнь закон. Предсказание сбылось в точности. Но даже сами исследователи были поражены размером разницы в штрафах, рекомендованных двумя группами судей. В среднем штрафы, назначенные судьями, настроенными на мысли о смертности, оказались в девять раз выше, чем те, что были назначены судьями из контрольной группы[211].

Как подчеркивают исследователи, если подготовленное судейское сознание, пропитанное стандартом бесстрастной законности, так сильно реагирует на маленький дополнительный огонек осознания смертности, мы должны очень серьезно задуматься, прежде чем отбрасывать мысль об аналогичном и столь же незаметном влиянии, которому подвергается каждый из нас. Действительно, сотни дальнейших исследований (в разных странах, с разными объектами, разными задачами, разными способами стимулирования осознания смертности и т. п.) демонстрируют, что подобные влияния могут быть измерены и проявляются очень широко, от кабинок для голосования до ксенофобских предрассудков, от творческого самовыражения до религиозных предпочтений[212]. Беккер считал, и эти исследования подтверждают, что культура развилась отчасти для смягчения потенциально деструктивных эффектов, которые в противном случае сопровождали бы осознание смертности. Согласно этой позиции, если вы встречаете разговор о такой возможности усмешкой, это потому, что культура делает свое дело.

Паскаль Буайе, с которого мы начали разговор об эволюционных корнях религии, отвергает эту роль для религии, отмечая, что «религиозная картина мира зачастую не менее страшна, чем лишенная сверхъестественного присутствия, и многие религии не столько показывают свет в конце тоннеля, сколько сгущают мрак»[213]. Но, вместо того чтобы скреплять гремящий мешок с костями, в духе сторонников Беккера, или отбрасывать мрачные тени на своих преданных сторонников, как представляет Буайе, чувствительность к религии, возможно, обеспечила более скромное преимущество менее удрученному пациенту. Возможно, древняя религиозная деятельность освещала смерть более мягким светом и помещала повседневный опыт в рамки более терпимого нарратива — благоприятное следствие религиозного опыта, которое, как описывал Уильям Джеймс, несет «уверенность в спасении, душевный мир» и одновременно «придает жизни новую прелесть, которая принимает форму лирического очарования или стремления к суровости и героизму»[214].

Очевидно, что пока не существует консенсуса по вопросу о том, почему возникла религия и почему она так цепко держится. И дело не в недостатке идей: здесь и мозг, возникший в результате естественного отбора, и продвижение групповой сплоченности, и успокоение экзистенциальной тревоги, и защита доброго имени и репродуктивных возможностей. Вероятно, историческая летопись слишком прерывиста для того, чтобы мы смогли когда-нибудь построить и доказать достоверную теорию; возможно, религия играет слишком разнообразные роли, чтобы укладываться в рамки всеобъемлющих объяснений. Я остаюсь приверженцем идеи о том, что религия нужна нам как исключительное свидетельство нашей будущей жизни; как сказал об этом Стивен Джей Гулд, «большой мозг позволил нам узнать, о неизбежности нашей личной смерти»[215] и «всякая религия начиналась с осознания смерти»[216]. Но действительно ли религия закрепилась в человеческом обществе потому, что превратила это осознание в какое-то адаптивное преимущество, — совершенно другой вопрос.

Царящий в мозге совершенный порядок позволяет ему генерировать многочисленные мысли и действия, одни из которых непосредственно связаны с выживанием, другие — нет. По сути, именно эта способность — наш обширный поведенческий репертуар — обеспечивает основу для той разновидности человеческой свободы, о которой мы говорили в главе 5. Не вызывает сомнений, что посредством этих действий мы упрямо удерживали религию при себе, сохраняли ее, развив за тысячелетия в организации, влияние которых пронизывает планету.

Коротко о религиозных корнях

На протяжении I тысячелетия до н э. в Индии, Китае и Иудее упрямые и изобретательные мыслители пересмотрели древние мифы и способы бытия, включающие в себя, помимо прочих достижений человечества, то, что философ Карл Ясперс описал как «основы мировых религий, и сегодня определяющих жизнь людей»[217]. Ученые спорят о степени взаимосвязанности этих далеко разошедшихся систем, но на выходе видится явное единообразие. Религиозные системы становились все более организованными, по мере того как их приверженцы записывали сюжеты, отбирали откровения и составляли указания, которые, выйдя из уст признанных пророков и передаваясь устно из поколения в поколение, обретали священный статус. Разумеется, в содержании религиозных текстов наблюдается большое разнообразие, но есть у них и общая черта — нацеленность на те самые вопросы, которые направляют наши исследования на этих страницах: откуда мы пришли и куда идем?

К самым ранним дошедшим до нас письменным источникам относятся Веды, составленные на санскрите на полуострове Индостан; отдельные их части восходят примерно к 1500 г. до н э. Вместе с Упанишадами, объемным томом комментариев, написанным, скорее всего, где-то после VIII в. до н э., Веды представляют собой обширную коллекцию стихов, мантр и прозы, являющихся священными текстами того, что позже образовало религию индуизма; сегодня ее исповедует каждый седьмой обитатель Земли, всего около 1,1 млрд человек. Лично я получил доступ к этим трудам, когда мне не было и десяти лет.

Это было в конце 1960-х гг. Мир, любовь и Вьетнам носились в воздухе, когда мы с папой и сестрой в ясный солнечный день гуляли по Центральному парку. Мы остановились возле музыкальной сцены-ракушки рядом с Аллеей поэтов, где большая группа приверженцев Общества сознания Кришны энергично стучала в барабаны, пела и танцевала. Один кришнаит с выпученными глазами и струящимися по щекам слезами выражал страстное астральное единение, дергаясь в такт барабанному бою и глядя прямо на солнце. Я с огромным изумлением вдруг понял, что один из барабанщиков, облаченный в свободные одежды и щеголяющий выбритой головой с одной-единственной оставленной прядью, — мой брат. Я думал, что он учится в колледже.

Та прогулка, очевидно, была способом, придуманным папой, чтобы познакомить нас с новым направлением, которое приняла жизнь моего брата.

В последующие десятилетия наше общение с братом было эпизодическим, но каждый раз при встрече Веды были либо в центре нашего внимания, либо где-то поблизости. Трудно сказать, пробудили ли эти встречи во мне интерес к данной теме, или разговор всякий раз возникал естественным образом просто потому, что два брата рассматривали одни и те же вопросы с совершенно разных позиций. По крайней мере, было наверняка полезно узнать о древних и незнакомых мне размышлениях о космических истоках:

Не было не-сущего, и не было сущего тогда.

Не было ни воздуха, ни небосвода за его пределами.

Что двигалось туда-сюда? Где? Под чьей защитой?

Что за вода была бездонная, глубокая?

Не было ни смерти, ни бессмертия тогда.

Не было ни признака дня [или] ночи.

Дышало, не колебля воздуха, по своему закону Нечто Одно,

И не было ничего другого, кроме него[218].

Я был тронут универсальностью человеческой потребности почувствовать ритмы реальности. Но для моего брата Веды были чем-то много большим. Они давали более величественную картину космологии, чем та, что я изучал с точки зрения математики. Как поэзия, эти слова искусно описывают тайну начала начал. Как метафора, они обращаются к загадочной природе времени до начала времен. Как медитация и как, возможно, совместное погружение в транс вокруг потрескивающего костра, окутанного внушающим благоговение, но совершенно загадочным непроглядным звездным пологом, эти строки передают кажущийся парадокс существования Вселенной в принципе. Но древние гимны и стихи, впечатляющие истории о тысячеголовом Пуруше, из частей тела которого были созданы Солнце, Земля, Луна, а также множество других наглядных и величественных приношений, не описывают происхождение Вселенной. Их слова отражают наши поиски закономерностей, нашу жажду объяснений; настроенное на выживание сознание слагает яркую историю, обеспечивая таким образом символические рамки для живущих (как мы возникли, как нам следует вести себя, последствия наших действий, природа жизни и смерти).

За время спорадических случаев общения с братом я с очевидностью понял, что Веды — это поиск стабильности, поиск какого-то постоянного качества, лежащего в основе зыбучих песков повседневной реальности. Это описание и я, и многие из моих коллег с радостью могли бы использовать как формулировку задачи фундаментальной физики. Обе дисциплины — литература и физика — разделяют стремление заглянуть за рамки очевидности, доступной повседневному опыту. Однако природа объяснений, при помощи которых каждая из дисциплин надеется продвинуть свое дело, сильно различается.

В середине VI в. до н э. Сиддхартха Гаутама, рожденный принцем в современном Непале и воспитанный на изучении Вед, был сильно удручен доставшейся ему роскошной жизнью и контрастом между ней и теми несчастьями, которые испытывают люди, живущие обычной жизнью. Как рассказывается в знаменитой истории, Гаутама решил отказаться от привилегий и скитался по миру в поисках способа облегчить человеческие страдания. Снизошедшие на него озарения, развитые и распространенные его последователями, в основном уже после его смерти, составляют основу буддизма, который сегодня практикует примерно каждый 12-й обитатель Земли, то есть около полумиллиарда человек. По мере распространения буддистской мысли появились многочисленные родственные секты, но все они сходятся на том, что человеческое восприятие — неверный проводник в реальности.

Многие качества мира кажутся нам, возможно, стабильными, но на самом деле всё и всегда меняется. Отступая от ведических истоков, буддизм отрицает существование в основе бытия неизменной субстанции и объясняет корни человеческого страдания тем, что мы не в состоянии признать непостоянство всего окружающего. Учение Будды очерчивает способ жизни, который обещает неприукрашенный, более ясный взгляд на истину; как и в Ведах, путь к такому просветлению лежит через серию перерождений, финалом которой должно стать завершение круга воплощений и достижение вечного состояния блаженства, отрешенного от желания, от страдания и от себя. Если более ранние придуманные человечеством царства, где жизнь продолжается после этой жизни, представляли собой прекрасный мысленный маневр, призванный разрешить загадку смерти, индуистская и буддистская позиции еще более замечательны. Смерть там видится как новое начало в циклическом процессе, конечная цель которого — окончательное и постоянное освобождение от жизни. Завершение круга перерождений, раз достигнутое, ведет во владения, где исчезает само понятие отдельного существования. Наша недолговечность становится священным ритуалом инициации на пути в безвременье.

Поскольку индуизм и буддизм ищут реальность за иллюзиями повседневного восприятия — и точно так же можно охарактеризовать многие самые удивительные научные успехи последнего столетия, — существует множество статей, книг и фильмов, созданных с целью установить их связь. Хотя можно, наверное, отыскать сходство в подходе и языке, я никогда не встречал чего-нибудь большего, чем метафорические отголоски между отдельными идеями в неопределенном изложении. В описаниях современной физики в популярных источниках, как моих собственных, так и других авторов, как правило, математика опускается в пользу более доступного изложения, но математика, бесспорно, якорь всякой науки. Слова, как бы тщательно они ни отбирались и ни выстраивались, всего лишь перевод уравнений. Использование подобных переводов в качестве базы для связей с другими дисциплинами, я уверен, никогда не поднимется выше уровня поэтического союза.

Эта оценка созвучна по крайней мере некоторым голосам ведущих авторитетов духовных дисциплин. Несколько лет назад меня пригласили принять участие в публичном форуме с далай-ламой. В ходе обсуждения я отметил обилие книг, в которых объясняется, как современная физика заново воспроизводит открытия, сделанные на Востоке тысячи лет назад, и спросил у далай-ламы, считает ли он эти утверждения обоснованными. Его прямой ответ произвел на меня сильное впечатление: «Когда речь идет о сознании, буддизму есть что сказать. Но когда дело доходит до материальной реальности, нам следует обращаться к вам и к вашим коллегам. Именно вы проникаете в самые глубины»[219]. Помню, я подумал: как чудесно было бы, если бы религиозные и духовные лидеры по всему миру следовали его простому, бесстрашному и честному примеру.

Примерно в ту же эпоху, когда Будда скитался по Индии, еврейский народ в Иудее был наголову разбит вавилонянами и угнан в рабство с родной земли. В попытке систематизировать и сохранить свою идентичность лидеры евреев собрали самые разные письменные источники и велели записать устные истории, собрав из всего этого раннюю версию «еврейской Библии» — Танах — документ, которому предстояло долго развиваться и стать священным текстом авраамических религий, которые теперь практикует более половины обитателей Земли, около 4 млрд человек[220]. Бог иудаизма, христианства и ислама — всемогущий, всеведущий, вездесущий единственный Творец всего сущего; именно такой образ возникает в воображении очень многих в мире, когда речь так или иначе заходит о религии.

Ветхий Завет рассказывает собственную широко известную историю происхождения Вселенной. Собственно, он рассказывает две такие истории. Первая из них занимает шесть дней, начинается с сотворения небес и земли и завершается сотворением мужчины и женщины; вторая занимает всего лишь один день, в начале которого был сотворен мужчина; пока он спит, на сцену выходит женщина. Поколение быстро следует за поколением, но Ветхий Завет не слишком подробен в рассказе о том, куда отправляются последователи, когда умирают. За исключением пары коротких упоминаний о воскрешениях, там нет никаких обещаний жизни после смерти. Иудейские мистики и толкователи впоследствии высказали множество идей о бессмертных душах, ожидающих иного мира, но не существует ни одного толкования, которое примиряло бы мириад самых разных источников и комментариев. Полтысячелетия спустя эта неопределенность исчезнет, когда христианство разработает теологическую доктрину, наполненную вечными душами, которые сохраняют свою идентичность после земной жизни. Еще через полтысячелетия ислам предложит собственный обширный набор верований на аналогичные темы, согласившись с христианством в его благоговении перед близящимся днем Суда, когда мертвые поднимутся и достойные из них получат вечное небесное вознаграждение, а все прочие будут подвергнуты вечному проклятию.

Те несколько религий, с которыми мы немного познакомились, суммарно исповедуют более чем три четверти всех обитателей планеты Земля. При миллиардах приверженцев природа и стиль религиозной вовлеченности существенно различаются, и если учесть более 4000 религий поменьше, практикуемых в настоящее время в мире, то спектр обетов и специфика содержания доктрин еще расширится. Тем не менее между ними существуют общие черты — к примеру, величественные фигуры, которым удается заглянуть дальше других или которым даруется доступ к историям, объясняющим, как все это началось, как закончится, куда мы все идем и как лучше всего туда попасть. Еще глубже коренится общее ожидание, что последователи религии воспримут Божественный строй мыслей. В мире полно историй, которые могут сообщить, как мы живем. В мире полно деклараций, объясняющих, как нам себя вести. Эти истории и декларации, будучи объединены в религиозную доктрину, поднимаются над всеми прочими, поскольку в сознании адептов они вызывают ту или иную веру.

Потребность верить

Несколько лет назад, в период горячки и хаоса завершающих дней крупного всепоглощающего проекта, я получил приглашение прочесть основной доклад на каком-то собрании в штате Вашингтон. Я был настолько замотан, что принял его, не убедившись в должном статусе пригласившей меня организации. Через несколько месяцев, когда дата выступления была на носу, я вдруг понял, что должен выступать в Школе просветления Рамты — в организации, которую возглавляет Джуди Зебра Найт, утверждающая, что поддерживает канал связи с 35-тысячелетним воином Рамтой, отвечающим ей из потерянной земли Лемурии (которая, судя по всему, часто воевала с другой потерянной землей, Атлантидой). Быстрый поиск выдал мне показательные видеоклипы, включая запись старого эпизода «Шоу Мерва Гриффина», где Найт закидывает голову назад, роняет ее вперед, входит в транс, говорит шепотом в манере, представляющей собой нечто среднее между речью магистра Йоды и речью британской королевы, и воплощает в себе — по крайней мере хочет, чтобы мы в это поверили, — лемурианского мудреца. Моя маленькая дочь, стоявшая у меня за спиной и наблюдавшая все это, очень старалась не хихикать.

Удержаться ей не удалось. Я бы и сам похихикал, если бы не впал в ужас от того, что принял их приглашение. Но презентация должна была состояться уже завтра, так что отступить, не потеряв лицо, было уже невозможно.

Прибыв на место, я первым делом увидел сотни людей с завязанными глазами и вытянутыми руками, которые толпой бродили по большому заросшему травой огороженному пространству. Сопровождающий разъяснил, что у каждого к одежде приколота игральная карта, на которой этот человек записал главную мечту своей жизни, а задача — «почувствовать» путь к точно такой же карте, которая находится где-то на этом поле. Он отметил, что успех в этом — ключевой шаг к реализации мечты. «И как идет дело?» — поинтересовался я. «О, замечательно. На этой сессии одна из участниц уже нашла парную своей карточку». Чуть дальше виднелись лучники с завязанными глазами. Я предпочел держаться от них подальше и отказался от предложения поучаствовать, тем более что заметил, как к нашему туру потихоньку присоединился фотограф. Стрельба у лучников шла примерно с тем же успехом, что и поиск парных карт. В конце концов ко мне подошла молодая женщина лет около 30, чей телепатический талант позволял ей называть последовательные карты в тщательно перетасованной колоде. «Семерка бубен, — предсказала она. — Тьфу ты, шестерка треф. Ошиблась, но всего на единичку. Девятка пик. О, это тройка бубен. Ага, я же говорила бубны!» И так далее. Она сказала мне, что практикуется по много часов ежедневно и знает, что нужно тренироваться еще усерднее.

Обращаясь к тем, кто собрался вокруг нас, и позже во время выступления я не смог удержаться и не предложить слушателям несколько базовых наблюдений, многие из которых мы уже затрагивали на этих страницах. Я объяснил, что мы — биологический вид, который при взгляде на мир всюду видит закономерности. И в большинстве случаев это хорошо. На протяжении множества поколений естественный отбор снабдил нас способностью различать закономерности в том, как люди и предметы выглядят и двигаются, что позволяет нам мгновенно узнавать их всего по нескольким визуальным признакам. Мы различаем закономерности в поведении животных, что позволяет нам предугадывать, когда безопасно к животному приблизиться, а когда лучше держаться от него подальше. Мы улавливаем закономерности в полете брошенных предметов, от камней до копий, и эта способность была особенно полезна нашим предкам, старавшимся одолеть свою потенциальную трапезу. Через закономерности мы получаем средства обмена информацией и таким образом объединяемся в группы — от племен до наций, — обладающие самым большим влиянием в мире. Короче говоря, способность распознавать закономерности — наш способ выживания. Но, продолжал я, иногда мы заходим слишком далеко и переходим грань. Иногда наши появившиеся в результате естественного отбора детекторы закономерностей так настроены, так готовы объявить, что сигнал обнаружен, что видят закономерности и воображают связи там, где нет ни того ни другого. Иногда мы приписываем смысл полной бессмыслице. Из курса начальной математики нам известно, что в среднем один раз из четырех любой человек верно угадает масть карты; один раз из тринадцати — ее достоинство. Но эта закономерность ничего не говорит о телепатических способностях. Однажды после дождичка в четверг — ну, вообще-то еще реже — человек может пройти по полю и случайно найти такую же карту, как у него, но это ничего не говорит об исполнении мечты. Как часто, спросил я, вы замечаете, что замечательного совпадения не произошло?

Присутствующие, которые к тому моменту набились в огромный амбар, одобрительно закричали и захлопали. Многие хлопали стоя, что было, как я тут же объявил собравшимся, приятно, но совершенно непонятно. Я сказал, что их подход к поиску более глубокой реальности и методы, которые они при этом используют, ведут в никуда. Новая овация.

Позже, когда я подписывал желающим свою книгу, несколько участников потихоньку прояснили для меня эту ситуацию. «Многие из нас не верят тому, что здесь происходит, и нам важно, чтобы кто-то прямо и вслух это раскритиковал. Но что-то там все-таки есть, мы это чувствуем, и мы приходим в эту школу, потому что хотим оказаться в обществе других таких же людей, тех, кто тоже стремится к поиску более глубокой истины». Я могу поставить себя на место этих людей. Я понимаю их стремление. В истории физики полно эпизодов, в которых героические математические и экспериментальные исследования снова и снова показывают, что что-то действительно существует. Часто это что-то странное и чудесное, что требует от нас пересмотра наших представлений о реальности. Есть все основания считать, что наши нынешние представления, несмотря на их способность объяснять многие данные с невероятной точностью, условны, и мы, физики, уверены, что при движении вперед этот цикл пересмотра представлений будет повторяться многократно. Однако именно столетия усилий позволили нам выработать исследовательский инструментарий — математические и экспериментальные методы, которые вместе составляют строгий массив научной практики. Это методы, которые мы передаем студентам и молодым исследователям. Это методы, доказавшие свою способность к надежному выяснению скрытых свойств реальности.

Я открыт для нетрадиционных заявлений. Если данные, собранные в ходе тщательно спроектированных и воспроизводимых экспериментов, исследующих, скажем, способность чувствовать скрытые игральные карты в колоде, показали бы успех, превышающий вероятность случайного угадывания, или если бы достоверные данные установили, что представитель нашего биологического вида способен поддерживать канал связи с древним мудрецом, отвечающим из какой-то давно исчезнувшей земли, мне было бы интересно. Чрезвычайно интересно.

Но при отсутствии таких данных — а также при отсутствии какой бы то ни было причины надеяться, что такие данные, возможно, появятся, и при отсутствии любых доводов в пользу того, что подобные утверждения не противоречат всему, что мы достоверно знаем о механизмах реальности, — быстро наступает момент, когда нам надлежит заключить, что у нас нет никаких оснований верить в любые подобные заявлении.

В связи с чем возникает вопрос: существуют ли какие-то основания верить в невидимое всемогущее существо, которое создало Вселенную, выслушивает наши молитвы и откликается на них, следит за тем, что мы говорим и делаем, и раздает награды и наказания по заслугам? Работая над ответом, нам стоит, пожалуй, поподробнее разобрать концепцию веры.

Вера, уверенность и ценность

Почти все те, кто спрашивает у меня, верю ли я в Бога, употребляют слово «вера» в точности в том же смысле, в каком они могли бы спросить, верю ли я в квантовую механику. Мало того, мне часто задают оба эти вопроса подряд. Я стараюсь сформулировать свой ответ в терминах уверенности — меры определенности; я отмечаю, что моя уверенность в квантовой механике высока, потому что эта теория точно предсказывает характеристики окружающего мира, такие как магнитный дипольный момент электрона, с точностью выше девятого знака после запятой, а вот моя уверенность в существовании Бога низка из-за недостаточности строгих данных в его пользу. Уверенность, как наглядно показывают эти примеры, вырастает из бесстрастной и алгоритмической, по существу, оценки доказательств.

В самом деле, когда физики анализируют данные и объявляют какой-то результат, они количественно оценивают свою уверенность при помощи прочно устоявшихся математических процедур. Слово «открытие» используется в основном только тогда, когда уверенность превышает некий математический порог: вероятность обмануться из-за статистической флуктуации данных должна быть меньше приблизительно одной доли на 3 500 000 (это число кажется достаточно произвольным, но на самом деле в статистическом анализе оно получается естественным образом). Конечно, даже такой высокий уровень уверенности не гарантирует, что «открытие» реально. Данные последующих экспериментов, возможно, потребуют пересмотреть наш уровень уверенности; в этом случае математика также дает алгоритм для вычисления поправки.

Мало кто из нас может похвастать тем, что живет по таким математическим правилам; тем не менее мы приходим ко многим своим верованиям путем аналогичных, хотя и менее аналитических, рассуждений. Мы видим Джека вместе с Джилл и думаем, что они, возможно, являются парой; мы видим их вместе снова и снова, и наша уверенность в этом растет. Позже мы узнаем, что Джек и Джилл — брат и сестра, так что нам приходится отказаться от предыдущей оценки. И так далее. Именно такой процесс, состоящий из последовательных приближений, может, в принципе, сойтись в конечном итоге к верованиям, отражающим подлинную природу мира. Но может и не сойтись. Эволюция, конфигурируя процессы в нашем мозге, не настраивала их на формирование верований, в точности соответствующих реальности. Она настраивала их на склонность к верованиям, порождающим полезные для выживания варианты поведения. А два эти фактора могут и не совпадать. Если бы наши пращуры тщательно исследовали каждый треск и каждый шорох, которые привлекали их внимание, они обнаружили бы, что большинство из них можно объяснить без привлечения какого бы то ни было сознательного агента. Но с точки зрения приспособляемости весьма затратные поиски истины принесли бы им мало пользы. На протяжении десятков тысяч поколений наш мозг отказывался от большей точности в пользу оперативной оценки. Быстрая реакция часто полезнее обдуманных решений. Истинность — важный персонаж в драме веры, но выживание и продолжение рода легко берут над ней верх.

Дополнительно усложняя сюжет, эволюция добавила в список действующих лиц еще одного персонажа: эмоции. В 1872 г., через десять с лишним лет после декларации эволюции путем естественного отбора, Дарвин опубликовал книгу «Выражение эмоций у человека и животных», где разобрал убеждение, что именно биологически адаптированный мозг, а не культура является главным движителем эмоционального выражения. Анализируя наблюдения за собственными детьми, широко распространенные опросники и кросс-культурные данные, собранные им во время длительных экспедиций, Дарвин утверждал, что, к примеру, тенденция улыбаться, когда доволен, или краснеть, когда смущен, у людей универсальна. На такую реакцию можно рассчитывать буквально во всех мировых культурах. За прошедшие полтора века исследователи, взяв пример с Дарвина, занимались поиском адаптивных ролей, которые могли бы объяснить различные человеческие эмоции, а также изучали нейронные системы, которые могли отвечать за их генерацию. Страх, как показали исследования, действительно первичен — с самого начала быстрая поведенческая и физиологическая реакция на опасность имела значительную адаптивную ценность. Родительская любовь, обеспечивающая необходимую беспомощному потомству заботу, скорее всего, тоже представляет собой древнюю адаптацию. Смущение, вина и стыд, особенно значимые в больших группах, возникли как адаптационный механизм, скорее всего, позже, когда размеры групп выросли[221]. Для нас здесь важнее всего то, что адаптивное давление, сформировавшее в человеческом разуме склонность к владению языком, рассказыванию историй, мифотворчеству, ритуалам, художественному творчеству и научному познанию, также сформировало и наши богатые эмоциональные способности. Эмоции плотно вплетены в процесс эволюционного развития на всем его протяжении. Таким образом, верования родились из сложных расчетов, соединяющих разумный анализ и эмоциональную реакцию в рамках одного разума, обретающего талант к выживанию[222].

Наши оценки степени доверия зависят также от целого ряда факторов, включая социальные влияния, политические силы и обычную практичность. В самом начале жизни вера в значительной степени определяется родительским авторитетом. Мама с папой говорят, что это правда? Значит, это правда. Как отмечает Ричард Докинз, естественный отбор благоволит родителям, которые передают своим детям информацию, повышающую шансы на выживание, так что вера в то, что говорят мама с папой, эволюционно оправданна. Позже многие люди запускают собственный процесс оценки степени доверия — разбираются, обсуждают, читают и сомневаются; на весь этот процесс часто влияют уже сложившиеся ожидания и контакты с верованиями окружающих. Большинство из нас также постепенно расширяет список авторитетов, которые считает достойными доверия, — это могут быть учителя, руководители, друзья, официальные лица и другие самопровозглашенные эксперты. Нам приходится это делать. Никто не в состоянии открыть заново или хотя бы проверить знания, накопленные за тысячи лет. Мне однажды приснился сон, скорее даже кошмар, что я снова защищаю диссертацию на степень PfD, и экзаменатор, тихонько посмеиваясь, говорит мне, что все эксперименты и все наблюдения, подтверждающие квантово-механические «законы» физики, подстроены. Я же стал мишенью хитроумного розыгрыша; меня сбивал с толку целый пантеон авторитетов, которых я уважал, и целое сообщество коллег, которым я доверял. Каким бы маловероятным ни казался такой сценарий, факт остается фактом: я лично проверил в своей жизни результаты лишь крохотной доли главных экспериментов своей области науки. Можно даже сказать, что большую часть результатов я принимал на веру.

Моя уверенность проистекает из десятилетий личного опыта, когда мне приходилось видеть, как физики минимизируют человеческую субъективность, сосредоточиваясь на тщательно собранных данных, как они неустанно испытывают на прочность гипотезы и отбрасывают все, кроме тех, которые отвечают строгому множеству универсальных стандартов. Но даже при таком неослабевающем внимании в науку все равно находят способ просочиться исторические случайности и эмоциональные человеческие предубеждения. Один из доминирующих подходов к квантовой механике (известный как копенгагенская интерпретация) можно возвести отчасти к мощным личностям, которые правили бал в физике в момент зарождения этой теории. За объяснением я отошлю вас к одной из своих более ранних книг («Скрытая реальность»[223]), но я подозреваю, что если бы квантовая механика создавалась другими персонажами, то формальная наука все равно существовала бы, а вот эта конкретная интерпретационная точка зрения не занимала бы того же доминирующего положения на протяжении стольких десятилетий. Красота науки состоит в том, что путем непрерывных исследований доктрины одной эпохи тщательно переосмысливаются учеными следующей и таким образом сдвигаются все ближе и ближе к цели — объективной истине. Но даже в дисциплине, разработанной ради объективности, для этого необходимо действие. И время.

Стоит ли удивляться, что в суматошном, беспорядочном, эмоциональном царстве повседневных человеческих авантюр спектр верований широк и многогранен, а временами к тому же запутан и достоин сожаления. Формируя веру, некоторые смотрят на науку, причем как на ее содержание, так и на стратегию. Одни полагаются на власти, другие — на сообщество. Некоторых принуждают — кого тонко, кого открыто. Одни больше всего доверяют традиции, другие целиком отдаются на волю интуиции. А в глубинных обрабатывающих центрах разума, как правило недоступных для наблюдения, каждый из нас использует собственную уникальную и очень гибкую комбинацию всех этих тактик. Более того, ничто не мешает нам одновременно придерживаться несовместимых верований или совершать поступки, которые указывают на такие верования. Я без стеснения признаю, что время от времени стучу по дереву, разговариваю с усопшими или прошу небесной поддержки. Все это противоречит моим рациональным взглядам на мир, при этом склонность к легким суевериям меня нисколько не беспокоит. Мало того, есть какое-то удовольствие в том, чтобы выйти на мгновение за рациональные рамки.

Обратите также внимание на то, что если профессиональным философам платят за анализ верований — за то, чтобы обнаружить скрытые допущения и привлечь внимание к ошибочным выводам, — то большинство из нас сегодня и наших предков тогда относились к этому совсем иначе. Многие верования большинство из нас никак не проверяет. Возможно, это отдельный вариант адаптации. Люди, склонные к самокопанию, забывают, что запасы еды заканчиваются или что к ним может потихоньку подкрасться тарантул. Это означает, что при оценке того, как может такой-то и такой-то верить тому-то и тому-то, представление о том, что вера вырастает из интенсивных раздумий и тщательного перекрестного опроса, часто совершенно ошибочно. Как указывает Буайе, «нам кажется, что представления о сверхъестественных сущностях… предъявляются сознанию, а затем по итогам прений либо принимаются как достоверные, либо отбрасываются». Но поскольку эти идеи задевают слишком многие центры мозга, ответственные за суждения, которые выявляют волевые действия, прогнозируют чужие мысли, отслеживают отношения и т. п., и поскольку естественный отбор научил эти центры выполнять собственную диагностику намного ниже порога осознанности, модель рационального судьи и коллегии присяжных «может представлять собой сильно искаженный взгляд на то, как такие концепции возникают и представляются»[224].

Даже сами те вещи, к которым концепция веры может быть разумно применена, меняются от эпохи к эпохе. Как отмечает Карен Армстронг, те, кто исполнял ритуалы древних элевсинских мистерий, «наверняка удивились бы, если бы их спросили, верят ли они, что Персефона действительно спускалась под землю, как повествует миф»[225]. Это было бы все равно что спросить, верите ли вы в зиму. «Верить в зиму? — резонно спросили бы вы. — Времена года. ну. они просто есть». Аналогично, считает Армстронг, наши пращуры принимали и странствия Персефоны, потому что «жизнь и смерть действительно были связаны неразрывно и земля действительно умирала и возрождалась каждый год. Смерть была ужасна и неизбежна, но не означала конец всему. <…> подрезая растения, садовник помогал им пустить новые побеги»[226]. Миф не просит верить в себя. Он не вызывает кризис веры, который его приверженцам приходится разрешать путем мучительных размышлений. Миф предлагает поэтическую схему, метафорический образ мышления, который становится неотделим от освещаемой им реальности.

Возможно, здесь есть аналогия с тем, что происходит при долговременном развитии естественного языка[227]. Стремясь к эффектности и творческому самовыражению, говорящие усыпают свои предложения метафорами, вставляя их одну за другой. Я только что сделал это, но вы, скорее всего, этого практически не заметили. Мы сыплем соль на мясо и сахар на печенье. И все же посыпание, которое я упомянул, — совершенно банальная метафора, которая мало у кого из читателей вызовет в воображении образ руки, мягко посыпающей словами блюдо свежеиспеченных предложений. Со временем метафоры становятся настолько затасканными, что всякое поэтическое качество, которым они, возможно, изначально обладали, постепенно испаряется (испаряется вода, не поэзия) и они становятся обычными рабочими лошадками в мире слов (лошади — не слова). Если говорить коротко, они становятся буквальными. Возможно, нечто аналогичное происходит с религиозно-мистическими понятиями. Может быть, такие понятия возникают как выразительные, поэтические, метафорические способы смотреть на мир, но со временем они постепенно теряют поэтичность, сбрасывают метафорический смысл и переходят к буквальности.

Сам я ближе всего подхожу к такому буквализму, признавая, что тот или иной Бог может существовать. Я признаю, что никто и никогда не смог исключить такой возможности. До тех пор пока влияние этого предположительного Бога никак не меняет ход реальности, который хорошо описывается нашими математическими законами, сам этот Бог не противоречит тому, что мы наблюдаем. Но существует громадная пропасть между простой непротиворечивостью и объяснительной необходимостью. Мы привлекаем уравнения Эйнштейна и Шредингера, эволюционную теорию Дарвина и Уоллеса, двойную спираль Уотсона и Крика и длинный список других научных достижений не потому, что они не противоречат нашим наблюдениям — хотя это, конечно, правда, — но потому, что они обеспечивают мощную, подробную и предсказательную объяснительную структуру для понимания наших наблюдений. По этой мерке религиозные доктрины никуда не годятся; конечно, многие верующие считают эту мерку негодной. Ловушка в том, что буквалистская точка зрения заранее исключает такую оценку. Религиозное заявление, интерпретированное как буквальное утверждение о мире, противоречащее установленному научному закону, ложно. И точка. В таких случаях следование буквальной интерпретации ничем не лучше признания существования Рамты.

Тем не менее религиозная доктрина (или даже учение Рамты) может остаться в полной мере частью рационального дискурса, если мы готовы уйти от буквализма, избирательно рассматривать Священное Писание, отбрасывать элементы, которые сочтем оскорбительными или устаревшими, интерпретировать истории и утверждения поэтически или символически или, что еще проще, как элементы выдуманного сюжета. Существует множество причин, по которым нам, возможно, захочется это сделать. Нам, возможно, будет приятно или утешительно видеть, что наши жизни разворачиваются в рамках более широкого и для некоторых более осмысленного нарратива, не обращая особого внимания на сверхъестественные качества или метафизические заявления религии. Мы могли бы получать пользу от чтения религиозных текстов как глубоко трогательного архива, символически охватывающего существенные качества человеческого состояния. Мы могли бы получить удовольствие от решения трудной задачи разработки толковательной системы, примиряющей конкретные религиозные доктрины с научными представлениями. Нам могло бы понравиться, если бы мы смогли наложить священную чувствительность на наше общение с миром, добавив лоск, который заострит впечатления, но не отменит рациональности. Мы могли бы выиграть от поддержки и солидарности религиозной причастности. Мы могли бы обогатиться эмоционально, участвуя в религиозных ритуалах, освящая жизненные инициации и отмечая священные дни, соединяющие нас с почтенной традицией. Такие варианты религиозности способны обеспечить деятельность, мотивацию, общность и руководство, которое для некоторых прокладывает путь к более полной, более осмысленной жизни. Такие варианты религиозности не требуют веры в фактическое содержание религиозного контента; они отражают веру в ценность такого контента, вне зависимости от его достоверности.

Более века назад Уильям Джеймс предложил тонкий и прочувствованный анализ религиозного опыта, перекликающийся с наблюдением далай-ламы по поводу физики и сознания. Джеймс подчеркивал, что, хотя наука и развивает объективный и беспристрастный подход, но только обращая внимание на наш внутренний мир — «на ужас или красоту явлений, на "обет", заключающийся в утренней заре и радуге, на "вещание" грома, на "прелесть" летнего дождя, на "величие" звездного неба, а не на законы, управляющие этими явлениями»[228], — мы можем надеяться когда-либо получить полное описание реальности. Подобно Декарту, Джеймс подчеркивал, что наш внутренний опыт на самом деле представляет собой наш единственный опыт. Наука может заниматься поиском объективной реальности, но наш доступ к этой реальности осуществляется исключительно через субъективные процессы сознания. Получается, что человеческое сознание неустанно интерпретирует объективную реальность, порождая реальность субъективную.

Таким образом, если к религиозной практике — или лучше, может быть, назвать это духовной практикой — прибегают как к средству исследования внутреннего мира сознания, как к путешествию внутрь через неизбежно субъективное восприятие реальности, то вопрос о том, отражает ли та или иная доктрина объективную истину, становится вторичным[229]. Религиозный или духовный поиск не должен непременно быть нацелен на наглядные аспекты внешнего мира; существует целый внутренний ландшафт, ждущий исследования, — от ужаса и красоты, обета и вещания, прелести и величия, которые упоминал Джеймс, до длинного списка других человеческих конструктов, включая добро и зло, благоговение и страх, удивление и благодарность, которые мы на протяжении целых эпох привлекаем к определению ценности и поиску смысла. Как бы пристально ни вглядывались мы в отдельные частицы, как бы усердно ни выясняли фундаментальные математические правила природы, эти концепции таким образом мы не увидим. Они проявляются, только когда определенные сложные комплексы частиц развивают у себя способности мыслить, чувствовать и рассуждать. Как поразительно и как отрадно, что могут существовать такие наборы бурлящих частиц, которые действуют под жестким контролем физического закона и все же способны принести в мир эти качества.

Для меня аналогия с точными языковыми метафорами, которые со временем теряют остроту, проявляет один существенный момент, очевидный, но при этом выразительный: многие мировые религии имеют почтенный возраст. Это очень важно. Это говорит о том, что на протяжении веков, если не тысячелетий, религиозная практика успешно удерживала внимание людей и в различных комбинациях обеспечивала структуру ритуала, помогала людям осмыслить свое место в этом мире, указывала моральные ориентиры, вдохновляла на художественное творчество, предлагала участие в невероятных сюжетах, обещала, что смерть еще не конец всему; разумеется, она также устрашала жестокими наказаниями, подвигала некоторых на жестокие сражения, оправдывала порабощение и убийство отступников и так далее. Было хорошее, было плохое, было и вовсе ужасное. Но, несмотря на все это, религиозные традиции удерживают позиции. Хотя религия, безусловно, не позволяет заглянуть в проверяемый базис материальной реальности — это прерогатива науки, — она наделяет некоторых своих приверженцев ощущением цельности, которое придает жизни содержание, позволяя вписать все вокруг — и знакомое, и экзотическое, и радости, и труды — в более масштабный сюжет. Поэтому освященные веками религии мира формируют линии наследования, которые соединяют их приверженцев даже через века.

Я воспитан в иудейской вере. Наша семья посещала службы по большим праздникам, а я был записан в местную еврейскую школу. Ежегодный приток новых учеников означал, что класс каждый раз начинал заново изучать алфавит иврита; я при этом тихонько сидел в сторонке и листал Ветхий Завет. Я частенько жаловался на это родителям, но, по правде говоря, мне нравилось читать про Самуила, Авессалома, Исмаила, Иова и всех остальных. С годами я отдалился от религии, не чувствуя нужды в формальном участии. Затем, в период последипломного обучения в Оксфорде, я съездил в Израиль. Какой-то не в меру усердный раввин узнал откуда-то, что по улицам Иерусалима бродит молодой американский физик. Он выследил молодого человека, окружил его учеными талмудистами, которые «тоже изучали происхождение Вселенной», и убедил — скорее даже вынудил — излишне почтительного студента лет примерно 25 посетить его синагогу и обернуть себе руки и лоб традиционным кожаным ремнем с ритуальными тфилами. Раввин видел в этом Г осподню волю в действии. Студента надлежало вернуть в круг единоверцев. Студент видел в этом неуклюжее принуждение к участию в священном ритуале без всякого внутреннего убеждения. Развернув наконец кожаные ремни и покинув синагогу, он твердо знал, что покончил с религией.

И все же, когда умер отец, ежедневное появление в нашей гостиной группы религиозных евреев для чтения поминальной молитвы «Кадиша» стало для меня большим утешением. Сам папа не был религиозным человеком, но входил в традицию, уходящую в прошлое на тысячи лет, и стал объектом ритуала, который до него проводился над бесчисленным множеством других людей. Религиозные слова, которые читали эти люди, не имели особого значения. Слова были на арамейском языке — просто набор древних звуков, племенная поэзия, запечатлевшая размер и ритм, — и перевод их меня не интересовал. Для меня в эти краткие мгновения имели значение история и связь — если хотите, такова была природа моей веры. Именно в этом для меня состоит благородство наследия. Именно в этом для меня заключается величие религии.

8

Инстинкт и творческое начало

От священного к возвышенному

7 мая 1824 г. Людвиг ван Бетховен появился на сцене Кернтнертор-театра в Вене на премьере своей Девятой, и последней, симфонии. Это было первое публичное выступление Бетховена за десять с лишним лет. В программе говорилось, что Бетховен будет лишь ассистировать дирижеру, но, когда театр заполнился и аудиторию охватило нетерпение, он не смог сдержаться. По воспоминаниям первой скрипки оркестра Иосифа Бёма, «Бетховен дирижировал сам, то есть он стоял перед дирижерским пультом и метался вперед и назад, как сумасшедший. Он то вытягивался в полный рост, то опускался на корточки, он размахивал руками и ногами, как будто хотел играть сам на всех инструментах и петь за целый хор»[230]. Бетховен страдал от серьезного шума в голове (он описывал это как грохот в ушах), и к этому моменту был почти совершенно глух. Вследствие этого, когда в оркестре прозвучала финальная триумфальная нота, он невольно отстал на несколько тактов и продолжал яростно дирижировать. Контральто осторожно взяла Бетховена за рукав и развернула его лицом к слушателям. Бетховен плакал. Как он мог знать, что звуки, которые он слышал только в собственном сознании, заденут универсальную струну в сердце человечества?

Наши мифы и религии показывают, как предки коллективно пытались разобраться в окружающем мире. Принимая историю, ритуал и веру, они искали — иногда с сочувствием, иногда с несказанной жестокостью — нарратив, который объяснил бы уже пройденное и побудил бы нас двигаться дальше. Как отдельные люди, все мы движемся одним и тем же путем, полагаясь на инстинкт и изобретательность для защиты нашей жизни и одновременно занимаясь поисками рифмы и причины, почему это должно быть нам небезразлично. Некоторым из нас на этом пути суждено было осознать взаимосвязи реальности новыми поразительными способами и донести свои размышления об этом до остальных посредством произведений литературы, музыки и науки, способных перепрошить наше самоощущение и обогатить отношение к миру. Творческий дух, давным-давно начавший вырезать фигурки, раскрашивать стены пещер и рассказывать истории, был настроен на полет.

Великолепные умы — редкое явление, но появляющееся в каждой эпохе, — формируются природой, а некоторые в состоянии Божественного вдохновения открывают новые способы формулировать трансцендентное. Их творческие одиссеи разъясняют множество истин, которые невозможно вывести или проверить, предоставляют слово определяющим качествам человеческой природы, которые хранят молчание, пока их не испытаешь.

Творчество

Чувствительность к закономерностям входит в число наших самых мощных навыков выживания. Как отмечалось уже не один раз, мы наблюдаем закономерности, мы переживаем закономерности и, что самое важное, мы на закономерностях учимся. Обманите меня один раз — и пусть вам будет стыдно! Обманите меня дважды, и — хотя, возможно, на этот раз еще преждевременно будет стыдить меня — к третьему или четвертому разу вся ответственность, безусловно, будет лежать на мне. Умение учиться на закономерностях — жизненно важный для выживания талант, который эволюция впечатала в нашу ДНК. Инопланетные пришельцы, заглянувшие на Землю с визитом, могут иметь иную биохимию, но эту концепцию они, скорее всего, поймут без труда; анализ закономерностей почти наверняка сыграл центральную роль в том, что они, как и мы, заняли доминирующее положение на своей планете.

Тем не менее такой межгалактический обмен может и не стать идеальной встречей двух разумов. Некоторые дорогие нашему сердцу закономерности вполне могут поставить наших инопланетных гостей в тупик. Расположите пигменты определенным образом на белом холсте, или отбейте определенные кусочки от мраморной глыбы, или извлеките определенные колебания, раскачав молекулы воздуха, — при этом вы получите определенные паттерны света, текстуры и звука; встречаясь с подобными паттернами, мы, люди, иногда чувствуем, как реальность раскрывается таким способом, о котором мы даже не подозревали. На краткий, но безбрежный, кажется, миг мы можем ощутить, как меняется наше место в мире, как будто нас переносит в иное царство. Если инопланетяне тоже проводили подобные эксперименты, то они поймут, о чем мы говорим. Но, когда мы опишем им нашу внутреннюю реакцию на творческие произведения, они, вполне возможно, просто непонимающе посмотрят на нас в ответ. И поскольку язык способен описать переживания лишь в очень ограниченной степени, инопланетяне, возможно, будут поставлены в тупик, увидев повсюду, на разных континентах, как множество представителей нашего вида поодиночке и группами очень внимательно рассматривают, впитывают, стучат и пиликают, окружая себя художественными и музыкальными мирами.

Инопланетные гости, удивленные нашей реакцией на художественное творчество, скорее всего, удивятся еще сильнее, увидев, как создаются подобные произведения. Чистый лист.

Девственно чистый холст. Бесформенная глыба мрамора. Ком глины. Ненаписанная партитура, ожидающая вдохновения композитора, или написанная и ожидающая, когда ее сыграют. Или споют. Или станцуют. Некоторые представители нашего биологического вида проводят свои дни и ночи, воображая формы, которые они жаждут извлечь из бесформенного, и звуки, которые жаждут излить в тишину. Некоторые готовы растратить ядро своей жизненной энергии, реализуя эти воображаемые видения, сплетая в пространстве и времени узоры, которые могут вызывать восторг или отвращение, которые можно игнорировать или считать самой сутью существования. «Без музыки, — сказал Фридрих Ницше, — жизнь была бы заблуждением»[231]. А говоря словами героини Джорджа Бернарда Шоу Экрасии, «не будь искусства, жизнь была бы невыносима: действительность слишком груба»[232]. Но что запускает импульс воображения? Являются ли его катализатором поведенческие инстинкты, сформированные естественным отбором? Или мы издавна транжирим драгоценные ресурсы — время и энергию — на творчество, которое не имеет практически никакого отношения к выживанию и продолжению рода?

Нас выталкивают в этот мир, не спрашивая согласия. Здесь же нам дозволяется наслаждаться жизнью лишь мгновение. Как духоподъемно перехватить бразды правления и создать что-то, что мы можем контролировать, что-то изначально наше, что является отражением того, что мы есть, в чем схвачено наше конкретное представление о человеческом существовании. Хотя многие среди нас отказались бы от возможности поменяться местами с Шекспиром или Бахом, Моцартом или Ван Гогом, Дикинсон или О'Кифф, кто-то подскочил бы до небес, появись у него шанс впитать в себя их творческое мастерство. Осветить реальность бакенами собственного изготовления, тронуть мир работами, порожденными нашей конкретной молекулярной структурой, подготовить опыт, способный выдержать испытание временем. — что ж, все это звучит предельно романтично. Для некоторых творческий процесс исполнен неповторимой магии, они испытывают неукротимую тягу к самовыражению. Другие видят в искусстве возможность поднять свой статус и завоевать уважение. Для третьих это поклон в сторону вечности; плоды нашего творчества, как однажды сказал Кит Харинг, это «поиск бессмертия»[233].

Если бы создание и потребление работ, рожденных воображением, было недавним добавлением к спектру вариантов человеческого поведения или если бы эти занятия лишь изредка практиковались в человеческой истории, то они вряд ли раскрывали бы универсальные качества человеческой природы, сформированной в ходе эволюции. В конце концов, некоторые вещи — такие как брюки клеш или жареные бананы — возникают по случайному стечению обстоятельств, так что тщательное исследование подробностей истории их происхождения мало что может нам рассказать. Но факт есть факт, начиная с давних времен и одновременно по всем обитаемым землям мы поем и танцуем, сочиняем музыку и рисуем, лепим, вырезаем и пишем. Возраст древнейших образцов пещерной живописи и тщательно изготовленных погребальных предметов, упоминавшихся в предыдущей главе, составляет 30 000-40 000 лет. Полосы на кости и камне и артефакты, свидетельствующие о художественном творчестве, обнаруживаются на несколько сотен тысяч лет ранее[234]. Поведение, с которым мы столкнулись, повсеместно, но при этом, в отличие от утоления голода и жажды, а также от продолжения рода, его ценность для выживания неочевидна.

С учетом современной чувственности это, в общем-то, не кажется удивительным. Встретиться с произведением, которое оживляет душу или ввергает нас в слезы, означает выйти за пределы банальной повседневности — и кто не придет в упоение, испытав подобное? Но, как и в случае с поверхностным наблюдением, согласно которому мы едим мороженое потому, что любим сладкое, это объяснение сосредоточено исключительно на наших непосредственных реакциях и потому ограничено основными стимулами творческих наклонностей. Можем ли мы проникнуть глубже? Можем ли мы понять, почему наши пращуры были настолько готовы на время забыть про более чем серьезные проблемы выживания и тратить драгоценное время, энергию и усилия на занятия с воображаемым?

Секс и сладкое

Когда мы говорили о том, как наши древние братья рассказывали истории, мы рассматривали схожий вопрос, и в самом убедительном ответе тогда использовалась метафора с авиатренажером: через творческое использование языка мы переживаем ситуации, знакомые и чужие, которые позволяют расширить и отточить реакцию на различные встречи в реальном мире. Рассказывая, выслушивая, украшая и повторяя истории, мы играли с возможностями, не рискуя пострадать от последствий. Мы проходили маршрут за маршрутом, каждый из которых начинался с вопроса «Что, если?..», и при помощи разума и фантазии исследовали весь спектр возможных исходов. Наше сознание вольно путешествовало по стране придуманных впечатлений, придавая нашей мысли новую гибкость, которая, судя по всему, имеет для выживания немалую ценность.

При рассмотрении более абстрактных форм искусства это объяснение требуется обдумать заново. Одно дело — представлять, как сознание полирует идеалы храбрости и героизма с привлечением рассказов о выигранных с великим трудом сражениях или захватывающих дух описаний опасных путешествий. И совсем другое, кажется, утверждать, что сознание упражняет свои адаптивные мускулы, слушая плейстоценовых Эдит Пиаф или Игоря Стравинского. Существует, кажется, непреодолимая пропасть между восприятием музыки — или, если на то пошло, картины, танца, скульптуры — и преодолением препятствий, встречавшихся в мире наших предков.

Дарвин рассматривал адаптивную функцию врожденного художественного чувства под впечатлением от знаменитой эволюционной загадки павлиньего хвоста. Большой и ярко окрашенный хвост мешает павлину прятаться и убегать от быстрого хищника. Почему же в результате эволюции появилась такая великолепная, красивая, но явно дезадаптивная конструкция? Ответ, заключил Дарвин с изрядным изумлением, состоит в том, что хотя павлиний хвост может оказаться для павлина-самца кандалами в борьбе за выживание, но он тем не менее играет важную роль в его репродуктивной стратегии. Павлиний хвост нравится не только нам, людям. Павлиньим самочкам он тоже нравится. Их привлекают упругие султаны, так что чем внушительнее хвост, тем больше у самца шансов на спаривание. Потомство в этом случае имеет хороший шанс унаследовать папины черты и мамин вкус — и продолжить генетическую войну, в которой сражения выигрывают не добыванием пищи или обеспечением безопасности, а отращиванием все более впечатляющих хвостов.

Это пример полового отбора — дарвиновского эволюционного механизма, шестеренки которого вращает доступ к репродуктивным возможностям. Самец павлина, который умрет молодым, не сможет оставить потомства — именно поэтому естественный отбор поддерживает выживших. Но точно такая же репродуктивная неудача ждет павлина, который проживет долгую и благополучную жизнь, но при этом все потенциальные партнерши будут ему отказывать. Чтобы повлиять на биологическое качество последующих поколений, необходимо выжить, но одного выживания недостаточно. Важно произвести на свет потомство, так что характеристики, способствующие поиску пары, обеспечат преимущество при отборе, иногда даже ценой безопасности[235]. Цена здесь не может быть астрономической, — существует предел тому, насколько неповоротливым может быть хвост, прежде чем выживание окажется под серьезным вопросом, — но и нулевой быть не обязана. И хотя павлиний хвост — один из самых наглядных примеров, эти же соображения применимы к огромному числу других видов. Белобородые манакины гордо расхаживают в шумном танце, словно на рок-сцене, чтобы заманить потенциальных партнеров; светлячки устраивают гипнотические свадебные представления, без труда выплетая изящные кружева своих световых шоу; самцы шалашников строят хитроумные холостяцкие квартиры, сплетая между собой ветки, листья, ракушки и даже цветные конфетные обертки в хвастливой демонстрации, которая, очевидно, не преследует никакой иной цели, кроме соблазнения будущей миссис Шалашник[236].

Когда Дарвин в 1871 г. впервые описал половой отбор в своем двухтомнике «Происхождение человека и половой отбор», его идея не встретила немедленного понимания. Многим его современникам казалось немыслимым, что поведение в грубом нечеловеческом животном царстве может опираться на эстетические реакции[237]. Не то чтобы Дарвин воображал, что птицы или лягушки проводят время в поэтических раздумьях при созерцании лучей закатного солнца. Эстетическое чувство, о котором он говорил, было сосредоточено исключительно на выборе партнера. Тем не менее то, что Дарвин приписал «вкус к прекрасному»[238] большому количеству представителей животного царства, многим казалось безответственным. К примеру, Альфред Рассел Уоллес, который рассматривал эстетическое чувство человека как дар Божий, счел это неподобающим[239].

Но как без привлечения врожденного чувства прекрасного объяснить роскошные телесные украшения, изобретательные шоу и физические сооружения, являющиеся неотъемлемой частью мириад вариантов брачных игр, которые разыгрываются каждый сезон в животном царстве? Однако существует и менее возвышенное объяснение. Рассмотрим еще раз все тот же павлиний хвост. Если мы, люди, высоко оцениваем эстетику этого мужского украшения, то у самки павлина оно, возможно, вызывает инстинктивную реакцию большой генетической важности. Самцы, украшенные особенно ослепительными плюмажами, сильны и здоровы, что повышает шансы на то, что и потомство от них будет крепкое. А поскольку павлиньи курочки, как и самки большинства других видов, могут произвести на свет куда меньше потомства, чем их партнеры-петушки, они развили у себя особенно сильную тягу к здоровым самцам; такие союзы повышают шансы на успех ресурсоемкого, а потому драгоценного акта оплодотворения[240]. Если богатый плюмаж — зримая демонстрация силы и энергии потенциального партнера, то курочки, привлеченные такими хвостами, с большей вероятностью произведут на свет крепких птенцов. Эти птенцы, в свою очередь, будут в среднем наделены теми самыми генами обретения шикарного хвоста и тяги к нему, что и будет способствовать распространению этих свойств в будущих поколениях. Красота в таком анализе полового отбора далеко не ограничивается внешностью. Красота здесь, в сущности, видимое наглядное свидетельство адаптивных качеств потенциального партнера.

В любом случае — основан ли выбор партнера на эстетическом чувстве или на оценке здоровья — возникающие в результате предпочтения могут рационально объяснить дорогостоящие характеристики, телесные и поведенческие, изначальная польза которых для выживания находится под вопросом. Поскольку это описание, кажется, применимо также к давним и универсальным, по сути артистическим, практикам нашего биологического вида, то, может быть, и здесь нас выручит половой отбор. Дарвин считал, что это возможно. Он привлек половой отбор к объяснению человеческой склонности к пирсингу и раскрашиванию собственного тела и предположил также, что мощный отклик, который вызывает в человеке музыка, представляет собой эволюционный результат полового отбора, сформировавшего таким образом брачные призывы человека. Мужчины, лучше других умевшие петь или танцевать или обладавшие самыми притягательными татуировками или праздничными одеждами, становились, возможно, целями самых разборчивых женщин и потому имели больше шансов произвести на свет потомство с артистическими наклонностями. При встрече юноши и девушки именно артистический талант, возможно, решал, вернется ли юноша домой в одиночестве.

Относительно недавно психолог Джеффри Миллер, а также философ Денис Даттон развили эту точку зрения дальше, предположив, что артистические способности человека представляют собой индикатор физической формы, которым пользуются дамы[241]. Мастерски изготовленные артефакты, изобретательные выставки и энергичные представления не только демонстрируют разум и тело, работающие на полную мощность, но и свидетельствуют о том, что их автор-художник щедро наделен качествами, необходимыми для выживания. В конце концов, если подумать, только обладание материальными ресурсами и хорошая физическая форма позволяют художнику проявлять экстравагантность и тратить время и энергию на действия, никак не способствующие выживанию. (Художники плейстоцена, судя по всему, не голодали.) С этой точки зрения художественные занятия становятся саморекламой и удачной маркетинговой стратегией, результат которой — союзы между талантливыми художниками и разборчивыми дамами и их потомство, со значительной вероятностью наделенное теми же чертами.

Половой отбор как ведущая сила художественной и артистической деятельности человека — теория интересная, но порождает больше споров, чем согласия. Исследователи задали множество вопросов. Является ли талант художника точным индикатором физического здоровья? Могут ли художественные способности быть настолько тесно переплетены с интеллектом и креативностью — качествами, обладающими неоспоримой ценностью для выживания, — что артистические наклонности распространяются путем естественного отбора без обязательного привлечения полового отбора? Поскольку половой отбор сосредоточен на мужчинах-художниках, как эта теория объяснит художественную деятельность женщин? И возможно, самое сложное. О публичных занятиях художественным творчеством в плейстоцене, как и о ритуалах ухаживания и брачных практиках той эпохи, мы можем по большей части только догадываться. Конечно, любовные победы Люсьена Фрейда и Мика Джаггера могут быть легендарными, но что это может нам рассказать о важности художественных или сценических навыков для репродуктивного успеха у ранних гомининов? В свете таких соображений Брайан Бойд предложил взвешенную формулировку: «Половой отбор был для искусства дополнительным, но не основным движителем»[242].

Стивен Пинкер предлагает совершенно иной взгляд на адаптивную полезность искусства. В высказывании, которое часто цитируется как сторонниками, так и противниками этой точки зрения, он утверждает, что все искусство, за исключением словесного, представляет собой, по существу, вредные десерты, которые подаются человеческому мозгу, зацикленному на паттернах. «Такой мощный заряд чувственного удовольствия, как от куска чизкейка, не найти нигде в природе, потому что он представляет собой коктейль из сверхдоз приятных стимулов, который мы сами создали с явной целью: нажать на кнопку удовольствия»[243], — пишет Пинкер и проводит прямую аналогию с искусством — адаптивно бесполезной штукой, которую придумали специально, чтобы возбуждать человеческие чувства, предназначенные для улучшения физической формы наших предков. И это не пустое суждение. По ярким мастерским аргументам Пинкера, до краев наполненным культурными аллюзиями, ясно, что сам он относится к искусству с глубокой симпатией. Нет, это бесстрастная оценка роли, которую искусство играет в одной конкретной задаче: повышении шансов на то, чтобы в мире наших пращуров следующему поколению были переданы именно гены наших предков, а не гены их безыскусных, лишенных слуха, неуклюжих скучных родичей. И именно в этом отношении, утверждает Пинкер, искусство бесполезно.

Эволюция, бесспорно, толкает нас в сторону вариантов поведения, направленных на улучшение биологической приспособленности, от поиска пищи, подбора партнеров и обеспечения безопасности до налаживания союзов, отваживания конкурентов и наставления потомства. Наследуемые варианты поведения, которые в среднем приводили к большему репродуктивному успеху, распространялись широко и становились базовыми механизмами решения каких-то конкретных адаптивных проблем. При формировании некоторых из этих вариантов поведения в качестве «морковки» эволюция использовала удовольствие: если какое-то поведение, способствующее выживанию, представляется вам приятным, вы с большей вероятностью будете ему следовать. А за счет качеств, способствующих выживанию, это поведение повысит ваши шансы прожить достаточно долго, чтобы оставить потомство, наделив будущие поколения аналогичными поведенческими тенденциями. Таким образом, эволюция порождает множество положительных обратных связей, которые делают приятными те варианты поведения, которые повышают приспособленность. По мнению Пинкера, искусство разрушает обратные связи, отсекает адаптивную пользу и непосредственно стимулирует наши центры удовольствия, позволяя получать «незаслуженные» с эволюционной точки зрения приятные переживания. Нам нравятся ощущения, которые искусство позволяет нам испытывать, но ни создание, ни переживание их не делает нас более приспособленными или привлекательными. С точки зрения выживания искусство — это фастфуд.

Любимый пример Пинкера — музыка, адаптивную бесполезность именно этого жанра искусства он излагает наиболее полно. Он считает, что музыка — акустический паразит, который пользуется эмоционально выразительной слуховой чувствительностью, имевшей когда-то давно для наших предков ценность для выживания. Так, гармоники — звуки, частоты которых гармонически связаны (частоты, кратные некоторой общей частоте), — указывают на единый и потенциально опознаваемый источник (физика гласит, что при колебаниях линейного объекта, будь то голосовые связки хищника или оружие, изготовленное из пустотелой кости, частоты колебаний, как правило, представляют собой гармонический ряд). Те из наших предков, кому такие упорядоченные звуки доставляли большее удовольствие, уделяли им, вероятно, больше внимания и потому получали больше информации об окружающей обстановке. Повышенная внимательность могла склонить весы выживания в их пользу, повысив их благополучие и поспособствовав таким образом дальнейшему развитию слуховой чувствительности. Повышенная восприимчивость к другим богатым информацией звукам, от грома до звука шагов или потрескивания веток, еще сильнее повышала внимательность к звукам и, соответственно, еще сильнее наполняла осознанность по отношению к окружающей среде. Так что те из наших предков, кто обладал лучшим слухом и был лучше настроен на звуковое восприятие, получали адаптивное преимущество и, соответственно, способствовали распространению звуковой чувствительности в последующих поколениях. Музыка же, по мнению Пинкера, воздействует на эту звуковую чувствительность и доставляет через нее чувственное удовольствие, не имеющее адаптивной ценности. Примерно как чизкейк искусственно стимулирует древнее адаптивное пристрастие к пище с повышенной калорийностью, музыка искусственно стимулирует древнюю адаптивную чуткость к звукам с повышенной информативной нагрузкой.

То, что Пинкер ставит в один ряд грешное удовольствие и возвышенное переживание, задевает. Он делает это намеренно. Смысл не в том, чтобы принизить наши переживания при общении с искусством, а в том, чтобы расширить представления о важном. Конечно, необычайно приятно отыскать эволюционную основу для того или иного варианта человеческого поведения и выяснить, что в нашей ДНК этот вариант отмечен несмываемой печатью одобрения. Как приятно представить себе, что искусство, которое многие причисляют к самым возвышенным достижениям человечества, сыграло значительную роль в самом выживании нашего биологического вида! Но, какое бы удовольствие мы от этого ни испытывали, такое объяснение не обязано быть верным. В этом нет необходимости. Биологическая приспособленность не единственный критерий ценности. Не менее чудесно и то, что мы можем подняться над нуждами выживания и выразить при помощи воображения нечто прекрасное, или тревожное, или душераздирающее. Значимость не обязательно связана с адаптивной полезностью. Много лет назад во время семейного обеда в местном ресторанчике, когда официант принес к соседнему столику чизкейк, моей маме, которая вечно сидела на диете, захотелось встать и приветствовать его. Это был жест уважения, который можно отнести не только к самому десерту, но и к тем вездесущим вариантам человеческого поведения, которые, по мнению Пинкера, попадают с этим десертом в одну адаптивную категорию.

Воображение и выживание

Признание того, что искусству незачем стыдиться отсутствия у него адаптивной полезности, не отвадило исследователей от продолжения поисков непосредственных дарвиновских объяснений его стойкости и повсеместности. Речь идет об объяснениях, которые напрямую связали бы художественную деятельность с выживанием наших пращуров. При этом, как подчеркивает антрополог Эллен Диссанайаки, необходимо рассматривать искусство в том виде, в каком его практиковали в древности; утверждается, что на протяжении всей истории человечества искусство, как и религия, было не развлечением в свободное время, «которому предавались по утрам раз в неделю или когда больше нечем было заняться, и не поверхностным времяпрепровождением, от которого можно было отказаться вообще»[244]. Подобно религии, искусство — будь то спуск в подземные глубины с целью украсить стены пещеры или дикий барабанный бой, танец и пение с целью войти в транс — было вплетено в ткань древнего существования. В этом и кроется его потенциальная адаптивная роль.

Если бы инопланетяне посетили палеолитическую Землю и поспорили о том, кто будет доминировать на этой планете через миллион лет, род Homo, возможно, не привлек бы к себе особого внимания. Однако мы, объединив силу мускулов и мозга, сумели взять верх над формами жизни, которые были крупнее, сильнее и быстрее нас, а также над теми, кто был наделен более зорким глазом, тонким нюхом и острым слухом. Конечно, мы победили потому, что находчивы и изобретательны, но в первую очередь потому, что мы исключительно социальны. В предыдущих главах мы обсуждали многочисленные механизмы, от рассказывания историй до религии и теории игр, помогавшие нам, возможно, собираться в продуктивные группы. Но поскольку такое поведение при всей его полезности чрезвычайно сложно, поиск единственного объяснения может оказаться слишком узким подходом. Вероятно, важную роль в наших тенденциях к образованию успешных групп сыграли различные сплавы этих механизмов и, как предполагают Диссанайаки и другие исследователи, в список просоциальных факторов следует включить и искусство.

Если мы с вами будем уверены, что поймем и предугадаем эмоциональные реакции друг друга — даже при встрече с незнакомыми проблемами или исследовании новых возможностей, — наши шансы на успешное сотрудничество будут выше. Искусство, возможно, сыграло важную роль в такой взаимной настройке. Если вы, я и другие члены нашей группы не раз все вместе принимали участие в одних и тех же ритуальных художественных мероприятиях, если все мы испытывали единение в энергичном ритме, мелодии и движении, то единство таких интенсивных эмоциональных переживаний породило бы в нас ощущение коллективной солидарности. Всякий, кто принимал участие в продолжительных групповых сеансах игры на барабанах, пения или движения знает это чувство; если вам не доводилось испытывать ничего подобного, я очень рекомендую попробовать. Подобные эпизоды интенсивных общих эмоций должны были сплавлять нас в единое целеустремленное целое. Как подчеркивает Ноэль Кэрролл — философ, выступающий также в первых рядах сторонников этих идей, — «искусство будоражит и формирует эмоции таким образом, что связывает всех, кто подпадает под его действие, и помечает как участников одной культуры»[245]. И правда, само понятие культуры как широко разделяемого набора традиций, обычаев и представлений опирается на общее наследие художественной практики и опыта. Члены настроенных эмоционально в унисон групп имеют лучшие шансы на выживание и передачу последующим поколениям генетической склонности к таким вариантам поведения.

Строго говоря, если групповая сплоченность не показалась вам убедительной в роли адаптивного объяснения религии, то она, возможно, не покажется вам убедительной и в роли адаптивного объяснения искусства. Но здесь, как и при обсуждении религии, нам необязательно сосредоточиваться исключительно на группах. Искусство могло быть адаптивно полезным непосредственно на уровне отдельного человека — такая точка зрения кажется мне особенно убедительной. Искусство образует арену, не ограниченную требованиями абсолютной правдивости и повседневной физической реальности, и позволяет разуму прыгать, вертеться и спотыкаться, исследуя всевозможные воображаемые новшества. Разум, который старательно придерживается истины, исследует сильно ограниченное царство возможного. Но разум, привыкший свободно пересекать границу между реальным и воображаемым, не забывая при этом ни на мгновение, что есть что, набирается опыта и научается выходить за рамки стандартного мышления. Такой разум настроен на новизну и изобретательность. Из истории это явствует со всей очевидностью. Многими величайшими прорывными открытиями в науке и технике мы обязаны людям, способным взглянуть под другим углом на те же самые проблемы, что ставили в тупик предыдущие поколения мыслителей.

Главный шаг Эйнштейна к теории относительности не был обусловлен новыми экспериментами или данными. Он работал с фактами из области электричества, магнетизма и света, которые были хорошо известны ученым. Дерзким шагом Эйнштейна было то, что он вырвался за рамки общепринятого мнения о постоянстве пространства и времени, требовавшем, в свою очередь, переменности скорости света, и представил, наоборот, что скорость света постоянна, а меняются пространство и время. Эта формулировка, краткостью напоминающая лозунг, не объясняет специальную теорию относительности (для этого я отсылаю вас, к примеру, ко второй главе «Элегантной Вселенной»[246]); скорее, она призвана отметить, что открытие Эйнштейна зиждилось на догадке о простой, но фундаментальной перестановке деталей, из которых, как из кирпичиков Лего, строится реальность, на переворачивании настолько знакомых и привычных символических паттернов, что разум большинства людей просто не замечает такой возможности, проскакивая ее без задержки. Подобные творческие маневры достойны встать в один ряд с художественными композициями высочайшего уровня. По оценке знаменитого пианиста Гленна Гульда, гений Баха проявился в его способности придумывать мелодические линии, «которые при транспонировании, инвертировании, проигрывании задом наперед или ритмической трансформации все же демонстрируют, некий совершенно новый, но полностью гармоничный профиль»[247]. Гений Эйнштейна опирался на похожую и тоже необъяснимую способность к перестановке кирпичиков физического понимания, к новому взгляду на концепции, активно изучавшиеся не одно десятилетие, если не столетие, и сборке их по новому чертежу. Возможно, не так уж удивительно, что Эйнштейн описывал свой интеллектуальный процесс как мышление с музыкой, и что он часто полагался на чисто визуальное исследование без формул и слов. Искусство Эйнштейна состояло в том, чтобы слышать ритмы и видеть закономерности, раскрывающие глубокое единство механизмов реальности.

Ни эйнштейновская относительность, ни фуги Баха не являются необходимыми для выживания. Тем не менее и то и другое — наглядный пример человеческих способностей, которые определили наше доминирование. Вероятно, связь между склонностью к науке и решением задач, возникающих в реальном мире, более очевидна, но сознание, работающее с аналогией и метафорой, цветом и текстурой, мелодией и ритмом, способствует формированию цветущего когнитивного ландшафта. Я говорю все это просто к тому, что искусство, вполне возможно, сыграло жизненно важную роль в развитии гибкости мысли и беглости интуиции, необходимых нашим родичам, чтобы изобрести копье, научиться готовить пищу, обуздать колесо — а позже написать Мессу си минор, а еще позже сломать наши жесткие представления о пространстве и времени. На протяжении сотен тысяч лет занятия искусством могли быть своеобразным полигоном человеческого познания, безопасной площадкой для тренировки воображения и насыщения его мощными способностями к инновациям.

Обратите внимание также, что рассмотренные нами адаптивные роли для искусства — оттачивание инновационных навыков и укрепление социальных связей — работают в тандеме. Инновации — пехотинцы творческого начала. Групповая сплоченность — армия внедрения. Успех в нескончаемой борьбе за выживание требует и того и другого: нужны творческие идеи, которые успешно воплощаются в жизнь. То, что искусство является связующим звеном между ними, предполагает адаптивную роль куда более серьезную, нежели просто нажимание на кнопки удовольствия. Возможно, конечно, что искусство — адаптивно бесполезный, но очень приятный побочный продукт большого мозга, вмещающего творческий разум, но многие исследователи считают это недостаточным для объяснения способности искусства формировать наши отношения с реальностью. Брайан Бойд сформулировал это сжато и точно: «Оттачивая и укрепляя нашу социальность, повышая нашу готовность к использованию ресурсов воображения и нашу уверенность в том, что жизнь строится на наших условиях, искусство фундаментально меняет отношение к окружающему миру»[248].

Я лично считаю, что оттачивание изобретательности, развитие творческого начала, расширение кругозора и выстраивание групповой сплоченности дают нам четкое представление о том, какую роль искусство играло в естественном отборе. С этой точки зрения искусство вместе с языком, рассказом, мифом и религией является средством, при помощи которого человеческий разум мыслит символически, рассуждает парадоксально, воображает свободно и работает сплоченно. С течением времени именно эти способности породили наш культурно-, научно- и технически богатый мир. При всем при том, даже если ваш взгляд на эволюционную роль искусства склоняется к кремовым десертам, мы, безусловно, сойдемся на том, что искусство во множестве своих проявлений постоянно присутствовало в человеческой истории и что его присутствие имело немалую ценность. Это означает, что внутренний мир и социальные взаимодействия обретают новые формы реализации, в которых фактуальная информация, передаваемая посредством языка, не занимает преимущественного положения.

Что это говорит нам об искусстве и истине?

Искусство и истина

Лет 20 назад, в один из великолепных осенних дней, когда листья горят на солнце красным и темно-оранжевым, я ехал один по шоссе из Нью-Йорка в наш загородный дом, когда вдруг, будто из ниоткуда, на дорогу выскочила собака. Я ударил по тормозам, но за мгновение до остановки все же почувствовал, как сначала передние, а потом и задние колеса переехали несчастное животное. Выскочив из машины, я втащил собаку, которая была в сознании, но почти не двигалась, на пассажирское сиденье и поехал колесить по местным дорогам в поисках ветеринара. Через несколько минут собака каким-то образом умудрилась приподняться и сесть. Я положил ей на голову руку, которую она тут же, откинувшись назад, прижала всем телом к спинке сиденья. Я потянул руку. Она подняла на меня немигающий взгляд. Боль. Ужас. Смирение. Мне показалось, я увидел в ее глазах смесь всех этих чувств. Затем, прижавшись телом к моей руке еще сильнее, как будто ей невыносимо было уходить одной, она умерла.

Мне случалось переживать смерть домашних любимцев. На этот раз было иначе. Внезапно. Мощно. Жестоко. Со временем шок прошел, но тот последний момент остался со мной навсегда. Мое рациональное сознание понимает, что я вкладываю излишний смысл в печальное, но в общем-то обычное происшествие. И все же переход от жизни к смерти животного, встреченного мной случайно и погибшего от моей руки, хотя я действовал ненамеренно, произвел на меня поразительное и неожиданное впечатление. Он нес в себе какую-то истину. Не истину суждений. Не материальный факт. Не что-то, что можно было бы осмысленно измерить. Но в тот момент я почувствовал, что мое ощущение мира слегка изменилось.

Я могу назвать еще несколько ситуаций, которые, каждая на свой лад, произвели на меня аналогичное действие. Так было, когда я в первый раз взял на руки своего первенца; когда я лежал скорчившись в скальной расщелине в холмах близ Сан-Франциско, а надо мной бушевал ревущий ураган; когда я слушал, как моя маленькая дочка поет соло на школьном концерте; когда мне внезапно удалось решить уравнение, над которым я до этого бился не один месяц; когда наблюдал с берега реки Багмати, как непальская семья выполняла обряд сожжения покойника; когда в Тронхейме на лыжах съехал — нет, просвистел — вниз по склону, отмеченному двойным черным ромбом, и каким-то чудом остался жив. У вас наверняка имеется собственный список. Он есть у каждого из нас. Переживания, которые полностью захватывают наше внимание и вызывают эмоциональный отклик, мы ценим даже при отсутствии — а может быть, именно ввиду отсутствия — полностью рационального или словесного описания. Любопытно, ведь хотя моя собственная трудовая деятельность обычно очень прочно опирается на язык, но я не испытываю желания исследовать эти свои переживания словесно. Думая о них, я не ощущаю недостаточного понимания, при котором требовались бы лингвистические пояснения. Они расширяют мой мир, не нуждаясь в интерпретации. В эти моменты мой внутренний рассказчик понимает, что пора сделать паузу. Исследованная жизнь — это не обязательно жизнь, описанная словами.

Самые захватывающие произведения искусства способны вводить нас в возвышенное состояние сознания, сравнимое с состоянием, в которое вводят нас самые трогательные встречи реального мира, точно так же формируя и усиливая отношения с истиной. Обсуждение, анализ и интерпретация могут и дальше формировать эти переживания, но самые мощные из них не нуждаются в словесных посредниках. В самом деле, даже в тех жанрах искусства, которые основаны на использовании языка, именно работа воображения и ощущения, в самых трогательных моментах, оставляют наиболее долговременные следы. Как элегантно написала поэтесса Джейн Хиршфилд, «когда писатель привносит в язык новый образ, который попадает точно в цель, область того, что мы можем узнать о существовании, расширяется»[249]. Нобелевский лауреат Сол Беллоу тоже говорит об уникальной способности искусства расширять область познаваемого: «Только искусство способно проникать сквозь то, что гордость, страсть, интеллект и привычка воздвигают со всех сторон — сквозь мнимую действительность нашего мира. Ведь существует иная, настоящая действительность. И эта действительность все время посылает нам сигналы, которые мы без помощи искусства не способны воспринять». А без этой иной реальности, замечает Беллоу, конкретизируя мысли, высказанные Прустом, существование сводится к «терминологии для практических целей, которые мы неверно называем жизнью»[250].

Выживание зависит от накопления информации, точно описывающей окружающий мир. А прогресс в традиционном смысле, то есть повышение контроля над окружающим миром, требует ясного понимания того, как эта информация вписывается в природные механизмы. Это сырье для формирования практических целей. Это основа того, что мы называем объективной истиной и часто связываем с научным взглядом на мир. Но каким бы всесторонним такое знание ни было, оно никогда не сможет дать исчерпывающего описания человеческих переживаний. Художественная истина затрагивает особый слой; она рассказывает высокоуровневую историю, которая, говоря словами Джозефа Конрада, «апеллирует к той части нашего существа, что не зависит от мудрости» и обращается вместо этого к «нашей способности радоваться и удивляться, к чувству тайны, окружающей наши жизни; к нашему чувству жалости, красоты и боли; к скрытому чувству братства со всеми живыми существами, в мечтах, в радости, в горе, в стремлениях, в иллюзиях, в надежде, в страхе. что связывает воедино все человечество — мертвых с живыми, а живых с нерожденными»[251].

Освободившись от жесткой правдоподобности и развиваясь на протяжении нескольких тысяч лет, творческий инстинкт подробно исследовал эмоциональный спектр, который отмечает представление Конрада о художественном путешествии и обеспечивает то самое бытование, в котором шепот истинной реальности Беллоу доносится до нас из-за ближайшего угла. Писатели, в частности, мастерят один за другим миры с персонажами, выдуманные жизни которых обеспечивают все более углубленное исследование человеческих отношений. Одиссей и его долгий путь мести и верности, леди Макбет и когти амбиций и вины, Холден Колфилд и неукротимое бунтарство, Аттикус Финч и сила незаметного, но непоколебимого героизма, Эмма Бовари и трагедия человеческих связей, Дороти и извилистая дорога самопознания — озарения, связанные с самыми разными сторонами человеческого опыта, которые можно почерпнуть из этих книг, художественные истины, которые они прорабатывают, обогащают грубый, вообще-то, набросок человеческой природы новыми оттенками и измерениями.

Визуальные и акустические работы, в которых язык не играет центральной роли, дают нам более субъективные переживания. Тем не менее они, как и их литературные аналоги, — а может быть, даже лучше, — способны пробуждать те же самые эмоции, которые, по описанию Конрада, выходят за рамки мудрости; голоса, населяющие подлинную реальность Беллоу, говорят с нами по-разному. Я не могу слушать «Пляску смерти» Ференца Листа, не ощущая предчувствия беды; Третья симфония Брамса пробуждает во мне глубокую ненасытную тоску; «Чакона» Баха — апофеоз возвышенности; ода «К радости», финал Девятой симфонии Бетховена, для меня, как, безусловно, и для большей части человечества, принадлежит к числу самых оптимистичных заявлений, когда-либо созданных представителями моего биологического вида. «Аллилуйя» Леонарда Коэна, совмещающая музыку и стихи, с несравненной искренностью возносит хвалу несовершенной жизни; Джуди Гарленд в простом и изысканном исполнении песни «Высоко над радугой» (Over the Rainbow) выразила чистые стремления юности; «Вообрази» (Imagine) Джона Леннона воплощает простую силу визуализации возможного.

Что касается особых моментов жизни, то каждый из нас может припомнить произведения искусства, будь то книги или фильмы, скульптуры или танцы, картины или музыка, которые так или иначе глубоко тронули нас. Через эти завораживающие переживания мы получаем «мегадозы» жизненно важных качеств человеческой жизни на этой планете. Но эти возвышенные встречи никак нельзя сравнить с пустыми калориями или фастфудом; они приносят нам озарения, которые трудно, если не невозможно получить иным способом.

Поэт-песенник Йип Харбург, автор многих классических песен, включая и «Высоко над радугой», сказал об этом просто: «Слова вызывают у вас мысль. Музыка вызывает у вас чувство. Но песня заставляет вас чувствовать мысль»[252]. Чувствовать мысль. Для меня в этой формуле заключена вся суть художественной истины. Как подчеркивает Харбург, мышление интеллектуально, чувство эмоционально, но «чувствовать мысль — это художественный процесс»[253]. Это наблюдение связывает язык и музыку, но на самом деле оно относится к искусству в более общем смысле. Эмоциональный отклик, вызываемый искусством, рябью проходит по емкости с кипящими мыслями, скрытой под уровнем осознанного восприятия. Если произведения не содержат слов, наши переживания менее конкретны, а чувства более многовариантны. Но любое искусство обладает способностью заставить нас чувствовать мысли, извлекая из них при этом истины, которые мы вряд ли смогли бы получить из осознанных размышлений или анализа фактов. Эти истины и правда выше мудрости. Выше чистого разума. Они недоступны логике и не нуждаются в доказательствах.

Не путайте. Мы все действительнопредставляем собой мешки с частицами — и сознание наше, и тело, — и физические факты об этих частицах могут полностью решить вопрос о том, как они взаимодействуют и ведут себя. Но эти факты — нарратив на уровне частиц — проливают только монохромный свет на играющие яркими красками истории о том, как мы, люди, ориентируемся в сложных мирах мыслей, восприятия и эмоций. И когда наше восприятие смешивает мысли и эмоции, когда мы чувствуем мысли, а не только думаем их, наш опыт уходит еще дальше за рамки механистических объяснений. Мы получаем доступ к мирам, не нанесенным на карту никаким иным способом. Как подчеркивал Пруст, это надо ценить по достоинству. Только через искусство, отмечал он, можем мы проникнуть в тайную вселенную другого человека; это единственное путешествие, в котором мы поистине «летаем со звезды на звезду», путешествие, в котором невозможно ориентироваться «прямыми и осознанными средствами»[254].

Мнение Пруста, хотя и сосредоточенное на искусстве, живо перекликается с моим давно устоявшимся взглядом на современную физику. «Единственное подлинное путешествие. — это не путешествие к новым пейзажам, а обладание другими глазами, лицезрение Вселенной глазами другого человека, сотен других людей»[255]. Уже на протяжении нескольких столетий мы, физики, полагаемся на математику и эксперимент и позволяем им корректировать наше зрение, вскрывая нетронутые предыдущими поколениями слои реальности и позволяя увидеть знакомые ландшафты в шокирующее новом свете. При помощи этих инструментов мы узнали, что самые странные земли обнаруживаются на давно обжитых нами местах, если присмотреться к ним повнимательнее. Тем не менее, чтобы получать такие знания и использовать мощь науки в более общем плане, мы должны следовать незыблемому правилу: не обращать внимания на то, как конкретно каждый из окружающих нас наборов молекул и клеток воспринимает мир, и сосредоточиваться на объективных качествах реальности. В остальном же наши слишком человеческие истины, наши вложенные истории полагаются на искусство. Как сказал Джордж Бернард Шоу, «чтобы видеть свое лицо, вы пользуетесь зеркалами из стекла; чтобы видеть свою душу, вы пользуетесь созданиями искусства»[256].

Поэтическое бессмертие

Меня довольно часто спрашивают, какой факт о Вселенной представляется мне самым потрясающим. У меня нет готового ответа на этот вопрос. Иногда я называю пластичность времени из теории относительности. В других случаях — квантовую запутанность, которую Эйнштейн называл «жутким дальнодействием». Но иногда я поступаю проще и называю что-то из того, с чем большинство из нас впервые сталкивается еще в школе. Глядя вверх в темное ночное небо, мы видим звезды такими, какими они были много тысяч лет назад. В мощные телескопы мы видим гораздо более далекие астрономические объекты такими, какими они были миллионы или миллиарды лет назад. Некоторые из этих астрономических источников, возможно, давно уже погибли, но мы продолжаем видеть их, потому что свет, излученный ими давным-давно, все еще в пути. Свет дает иллюзию присутствия. И не только для звезд. Отраженные кванты излучения несут ваши и мои отпечатки через просторы пространства и времени — поэтическое бессмертие летит по космосу со скоростью света.

Здесь же, на Земле, поэтическое бессмертие принимает иной вид. Жажда сохранять жизнь столько, сколько захочется, не нашла удовлетворения, по крайней мере пока, — и возможно, не найдет никогда. Но творческий разум, способный свободно бродить по выдуманным мирам, может исследовать бессмертие, скитаться из конца в конец по вечности и размышлять над тем, почему мы можем мечтать о бесконечном времени, презирать или бояться его. Уже тысячи лет художники занимаются именно этим. Примерно 2 500 лет назад греческая поэтесса Сапфо оплакивала неизбежность перемен: «Вы, дети, гоняетесь за чудесными фиалковыми муз дарами / и за тонко настроенной лирой, столь милой в песне; / только не я — старость теперь стиснула мое нежное прежде тело»; горе ее смягчала предостерегающая легенда о Тифоне — смертном, которому боги даровали бессмертие, но который остался подвержен разрушительному действию времени и теперь обречен был терпеть его вечно. Последняя строчка, которую некоторые ученые считают истинным окончанием поэмы — «Эрос даровал мне красоту и блеск солнца», — предполагает, что Сапфо в своем страстном стремлении к жизни, выраженном в поэзии, предчувствовала беспредельный упадок и достижение нестареющего блеска; в своей поэзии она надеялась достичь символического бессмертия[257].

Это один из вариантов отрицающей смерть схемы, в которой мы, смертные, стремимся остаться жить в своих героических свершениях, важных делах и открытиях или творческих работах. Масштаб такого бессмертия, конечно, требует антропоцентричной корректировки, от вечности до срока существования цивилизации, — существенная цена, смягчаемая, правда, тем, что, в отличие от буквального бессмертия, его символическая версия совершенно реальна. Единственный вопрос касается стратегии. Чьи жизни останутся в памяти? Какие работы останутся жить? И как добиться того, чтобы наши жизни и наши работы оказались среди них?

Через пару тысячелетий после Сапфо Шекспир рассмотрел роль искусства и художника в формировании того, что останется в памяти мира. Обращаясь к объекту эпитафии, которую он будто бы пишет, Шекспир замечает: «И вновь тебя прославит их язык, / Когда не будет нас уже на свете. /Могуществом поэзии моей»; при этом Шекспир утверждает, что самому ему бессмертье не уготовано: «Мое же имя смерть не пощадила. / Мой жалкий прах лежит в земле сырой»[258]. Конечно, мы здесь участвуем в игре, затеянной Шекспиром: на самом деле именно слова поэта будут читать и повторять в будущем, объект эпитафии всего лишь средство, при помощи которого поэт достигнет бессмертия, хотя и символического. И действительно — сегодня, несколько столетий спустя, имя Шекспира продолжает жить.

Покинув Венский кружок Фрейда, Отто Ранк разработал собственную теорию, согласно которой именно погоня за символическим бессмертием является главным движителем человеческого поведения. По мнению Ранка, художественный импульс отражает разум, который берет свою судьбу в собственные руки; обладая смелостью перерабатывать реальность, он начинает формирование собственной уникальной личности — проект длиной в целую жизнь. Художник идет к психическому здоровью путем принятия собственной смертности: мы все умрем, это так, но с этим надо свыкнуться и перевести стремления к вечности в символическую форму, реализуемую творческими работами. Такой подход позволяет увидеть клишированный образ «художника в муках» в ином свете. По Ранку, преодоление смертности через искусство — путь к душевному здоровью. Или, как высказался писатель и критик Джозеф Вуд Кратч, «человек нуждается в вечности, о чем свидетельствует вся история его дерзаний; но вечность искусства — единственный, по всей видимости, род вечности, который он когда-либо сможет получить»[259].

Может быть, именно так обстояло дело десятки тысяч лет назад и именно поэтому мы расходовали энергию на действия, которые выходят за рамки сиюминутных нужд пропитания и поиска укрытия? Может быть, так можно объяснить, почему на протяжении тысячелетий художественные занятия красной нитью проходили по ткани человеческих культур? Неважно, попадает ли всеобъемлющая гипотеза Ранка в яблочко, но мы вполне можем представить себе, как наши древние пращуры, остро ощущая свою смертную природу, жаждали вцепиться в мир и оставить в нем в качестве своего следа что-то культовое, свое и только свое, что-то долговечное. Мы вполне можем представить, как это стремление брало временами верх над неустанной в остальном сосредоточенностью на выживании, как со временем оно укреплялось и оттачивалось общей радостью от погружения вместе с художником в воображаемые миры, рожденные человеческим разумом.

Хотя из-за недостатка объективных данных весь анализ нашего отдаленного прошлого сводится к информированным догадкам, здесь, в современности, мы встречаем множество работ, отражающих глубокие раздумья над смертью и вечностью[260]. Уолт Уитмен был убежден, что недопустимо приписывать смерти окончательность: «Веришь ли ты в смерть? Если бы я верил в смерть, я умер бы непременно. / Неужели ты думаешь, я мог бы довольный и благополучный идти навстречу полному уничтожению?.. / Клянусь, я убежден, что нет ничего, кроме бессмертия!» Для Уильяма Батлера Йейтса древний город Византия был местом назначения, где он, возможно, будет освобожден от своей умирающей физической формы, освобожден от человеческих забот и получит разрешение войти в Царство вечное: «Спалите сердце мне в своем огне, / Исхитьте из дрожащей твари тленной / Усталый дух: да будет он храним / В той вечности, которую творим»[261]. Герман Мелвилл дал ясно понять, что неизбежная смерть всегда рядом с нами, даже когда воды морские, кажется, успокоились: «Каждый рожден с веревкой на шее; но только попадая в неожиданную, молниеносно затягивающуюся петлю смерти, понимают люди безмолвную, утонченную, непреходящую опасность жизни»[262]. Эдгар Аллан По довел отрицание смерти до буквального предела, дав слово жертвам преждевременных похорон, пытающимся вырваться из слишком тесных объятий смерти: «Я вопил от ужаса: я скреб ногтями свои бедра, раздирая их до крови; гроб пропитался моей кровью; набросившись на деревянные стенки своей тюрьмы с тем же маниакальным чувством, я исцарапал себе пальцы и сточил ногти до корней; вскоре я замер в изнеможении»[263]. Теннесси Уильямс устами выдуманного патриарха Большого Па Поллита заметил, что «неведение — о собственной смертности — утешительно. Человек лишен этого утешения, он единственное живое существо, имеющее понятие о смерти», и вследствие этого, «если у него есть деньги, он покупает, покупает и покупает, и я думаю, что причина, по которой он покупает все, что может купить, в том, что в глубине своей души он питает безумную надежду, что одна из его покупок продлит ему жизнь навсегда!»[264]

Достоевский устами своего персонажа Аркадия Свидригайлова высказал иную точку зрения, в которой чувствуется усталость от преклонения перед вечностью: «Нам вот все представляется вечность как идея, которую понять нельзя, что-то огромное, огромное! Да почему же непременно огромное? И вдруг, вместо всего этого, представьте себе, будет там одна комнатка, эдак вроде деревенской бани, закоптелая, а по всем углам пауки, и вот и вся вечность. Мне, знаете, в этом роде иногда мерещится»[265]. Похожие чувства выражает и Сильвия Плат: «О Боже, я на тебя не похожа / в твоей бессмысленной черноте. / Звезды сияют всюду яркими глупыми конфетти. / Вечность скучна мне, я никогда ее не хотела»[266]. Ей легкомысленно вторит Дуглас Адамс в образе своего случайно бессмертного героя Воубэггера Вечно длящегося, который планирует бороться со своей глубокой скукой, систематически оскорбляя всех во Вселенной, одного за другим, в алфавитном порядке[267].

Такой диапазон мнений, от жажды до презрения, иллюстрирует более серьезный момент: признание нами ограниченности отведенного времени привело к художественно ярким отношениям с концепцией вечности. Исследованная жизнь исследует смерть. А для некоторых исследовать смерть означает освободить воображение и оспорить ее главенство, поставить под сомнение ее величие и наколдовать царства, для нее недостижимые. Как бы горячо ни спорили ученые об эволюционной полезности искусства, о его роли в социальном сплочении, его необходимости для новаторского мышления и его месте в пантеоне первичных побуждений, именно искусство дает нам самые яркие средства для выражения вещей, которые мы считаем самыми важными, — и среди этих вещей жизнь и смерть, конечное и бесконечное.

Для многих, включая и меня, самым концентрированным выражением всего этого является музыка. Музыка способна предложить погружение настолько обволакивающее, что на несколько кратких мгновений может даже показаться, что мы вышли за рамки времени. Виолончелист и дирижер Пабло Казальс описывал способность музыки «придавать обычным действиям духовную пылкость, давать крылья вечности самому эфемерному»[268]. Именно эта пылкость заставляет нас почувствовать себя частью чего-то большего, чего-то, что внутренне укрепляет Конрадову «непоколебимую убежденность в солидарности, что сплетает воедино одиночество бесчисленных сердец»[269]. Музыка зовет к единению — будь то общность с композитором или с другими слушателями или совершенно иной, более абстрактный тип общности. Именно через такую общность музыкальные переживания выходят за рамки времени.

Когда-то, в конце 1960-х гг., третьеклассников класса миссис Гербер в школе № 87 на Манхэттене попросили взять интервью у любого взрослого по их выбору и написать короткий рассказ о профессии интервьюируемого. Я пошел по пути наименьшего сопротивления и взял интервью у своего отца — композитора и исполнителя, любившего называть себя «недоучкой из школы Сьюард-парка». Где-то в середине десятого класса он забросил книги и отправился бродить по стране, петь, играть и выступать где придется. С того задания в начальной школе прошло более полувека, но один упомянутый им момент запомнился мне навсегда. Когда я спросил, почему он выбрал музыку, отец ответил: «Чтобы отгородиться от одиночества». После этого он быстро сменил тон на более бодрый и более подходящий для работы третьеклассника, но в тот момент отец приоткрылся мне. Музыка была для него спасением. Его собственным вариантом солидарности по Конраду.

Мало кому из композиторов удается изменить мир. Мой отец не принадлежит к числу этих немногих — болезненное осознание, которое он со временем постепенно принял. Мелодии и ритмы, записанные от руки на сотнях желтеющих страниц, многие — еще до моего рождения, теперь мало кому интересны, кроме нашей семьи. Я, может быть, единственный из ныне живущих, кто время от времени слушает баллады, песни и фортепианные произведения, которые отец написал еще в 1940-е и 1950-е гг. Для меня эти композиции драгоценны, это ниточка, позволяющая мне почувствовать папины мысли тех времен, когда он только начинал прокладывать себе путь в этом мире.

Музыка имеет замечательную силу создавать такую глубокую связь даже между теми, кто не связан родственными узами, проживает в разных временах и разных мирах. Трогательное описание можно найти у Хелен Келлер, одной из выдающихся героинь в истории. 1 февраля 1924 г. радиостанция WEAF в Нью-Йорке передавала в прямом эфире исполнение Нью-Йоркским симфоническим оркестром Девятой симфонии Бетховена. Дома Хелен Келлер положила руки на мембрану раскрытого динамика и через колебания мембраны могла чувствовать музыку, испытывать то, что она называла «бессмертной симфонией», даже различать отдельные инструменты. «Когда человеческий голос взлетал вибрируя вверх с волны гармонии, я мгновенно узнавала их как голоса. Я чувствовала, как хор звучал все более торжественно, экстатично, как он стремительно взмывал вверх, подобно языкам пламени, пока мое сердце почти не остановилось». А затем, обращаясь к звукам, которые трогают душу, к музыке, что эхом отдается в вечности, она заключает:

Слушая в комнате, до отказа заполненной тьмой и мелодией, тенями и звуками, я не могла не вспомнить, что великий композитор, изливший в мир такой поток сладости, сам был глух, как и я. Я изумлялась мощи его неукротимого духа, при помощи которой он из своей боли выковал такое наслаждение для остальных, — и я сидела там, ощущая руками великолепную симфонию, которая разбивалась, как море, о безмолвные берега его и моей души[270].

9

Длительность и недолговечность

От возвышенного к последней мысли

В каждой культуре есть представление о вневременном, глубоко почитаемом воплощении постоянства. Бессмертные души, священные истории, ничем не ограниченные боги, вечные законы, сверхчеловеческое искусство, математические теоремы. И все же, если рассмотреть категории от потусторонних до совершенно абстрактных, постоянство есть нечто, чего мы, люди, всегда жаждем, но никогда не достигаем. Самое близкое, чего мы можем достичь, — это когда ощущение времени исчезает в результате какого-то счастливого или трагического события, медитативного или химического воздействия, восторженных религиозных или художественных переживаний; такой опыт может стать одним из самых глубоких формирующих впечатлений жизни.

Много десятилетий назад я вместе с восемью другими подростками проходил курс выживания в глухих лесах Вермонта. Однажды поздно ночью, когда все мы уже спали в палатках, руководители курса громко скомандовали быстро встать и одеться. Нас ждал импровизированный ночной марш-бросок. Держась за руки и двигаясь единой группой в полной темноте, мы медленно пробирались по густому лесу, плотному кустарнику и, что было особенно приятно, через илистое болото по пояс глубиной. Мокрых, продрогших и покрытых илом, нас в конце концов вывели на близлежащую поляну, где сказали, что всех девятерых оставят на ночь одних и дадут на всех только три спальных мешка. Осознав бесполезность протестов, сколь угодно яростных, мы соединили спальные мешки вместе, разделись и сбились в тесную кучу под этим импровизированным одеялом. Одни ругались, другие клялись уехать из лагеря завтра же, некоторые плакали. Но потом нас ждало самое чудесное зрелище. Ночное небо заполнили сверкающие полотнища северного сияния. Я прежде никогда не видел ничего подобного. Вихри прозрачных световых струй, поразительные цвета, перетекающие один в другой, и все это на фоне бесконечной, кажется, массы бессчетных звезд. Я внезапно оказался в другом месте. Поход, болото, наша полунагая продрогшая куча-мала — все это стало частью первобытного мира. Человек, природа, Вселенная. Я был наг, но окутан пляшущими огнями. Остатки общего тепла покинули меня, но далекие звезды тянули к себе. Потеряв счет времени, я все смотрел и смотрел на небо, пока не уплыл в сон. Я не знаю, прошло тогда несколько минут или несколько часов; продолжительность не имела значение. На краткий миг время растворилось.

Эпизоды такого вневременного качества редки. И преходящи.

Время, как правило, наш постоянный спутник. В основе всякого опыта лежит недолговечность. Мы поклоняемся абсолютному, но привязаны к мимолетному. Даже те черты космоса, которые предстают перед нами, возможно, как прочные и неизменные — ширь пространства, далекие галактики, структура вещества, тоже подвластны времени. Какими бы стабильными ни казались Вселенная и все ее содержимое (о которых мы будем дальше говорить), все это изменчиво и ненадежно.

Эволюция, энтропия и будущее

Под прочным фасадом реальности наука обнаружила беспрестанную драму кипящих частиц, в которой соблазнительно увидеть сражение двух сил — эволюции и энтропии, непрерывно конкурирующих друг с другом в борьбе за контроль. В этом сюжете эволюция создает порядок и структуру, тогда как энтропия все это разрушает. Выглядит все это аккуратно и довольно симпатично, но загвоздка, как мы видели в предыдущих главах, в том, что не до конца правдиво. Тут, как во многих упрощенных набросках, есть доля правды. Эволюция действительно является инструментом создания структуры. Энтропия действительно склонна к разрушению структуры. Но эволюция и энтропия не обязательно должны тянуть в разные стороны. Энтропийный тустеп позволяет структуре процветать здесь при условии, что энтропия выталкивается вовне. Жизнь, относящаяся к числу главных достижений эволюции, наглядно воплощает в себе этот механизм: потребляет высококачественную энергию, использует ее для поддержания и развития своих упорядоченных структур и сбрасывает высокоэнтропийные отходы в окружающую среду. На протяжении миллиардов лет взаимовыгодный обмен между энтропией и эволюцией породил по-настоящему изысканные сочетания частиц, включая жизнь и разум, способные создать Девятую симфонию, и во много раз большее число жизней и разумов, способных оценить это возвышенное произведение искусства.

Перенесем внимание с маршрута, который привел нас от Большого взрыва к Бетховену, и посмотрим в будущее: станут ли эволюция и энтропия по-прежнему играть роль решающих факторов, управляющих переменами? Может показаться, что для теории эволюции Дарвина ответ должен быть «нет»[271]. Зависимость репродуктивного успеха от генетических данных — вот та причина, по которой дарвиновский отбор давным-давно управляет эволюционным корабликом.

Отличительная черта последнего времени — вмешательство современной медицины и в целом защита, которую обеспечивает современная цивилизация. Генотипы, которым жизнь в древней африканской саванне могла показаться тяжелой и даже невыносимой, могут прекрасно себя чувствовать в сегодняшнем Нью-Йорке. Во многих частях света генетический профиль человека уже не является доминирующим фактором и не определяет, умрете ли вы ребенком или повзрослеете и оставите многочисленное потомство. Разумеется, выравнивая отдельные секции генетического игрового поля, современная цивилизация сглаживает предыдущие виды эволюционного давления и таким образом оказывает собственное эволюционное влияние. Ученые также указывают на многочисленные виды давления, которые управляют тенденциями в генном пуле; среди них и выбор рациона питания (к примеру, питание, богатое молочными продуктами, хорошо для систем пищеварения, в которых выработка лактазы продолжается и после детского возраста), и условия окружающей среды (к примеру, жизнь на больших высотах дает преимущество тем адаптациям, которые позволяют выжить при меньшем количестве доступного кислорода), и брачные предпочтения (к примеру, средний рост людей в некоторых странах, возможно, смещается к тем значениям, которые репродуктивно активная часть населения считает наиболее привлекательными)[272]. Но наибольшее влияние может принести новая способность непосредственно редактировать генетический профиль. Стремительно развивающиеся технологии потенциально способны дополнить механизмы генетической изменчивости, случайных мутаций и полового отбора, включив в их число преднамеренные воздействия. Если бы кому-нибудь вдруг удалось открыть генетическое преобразование, которое продлевает человеческую жизнь до 200 лет, но с побочными эффектами: сине-зеленой кожей, ростом под три метра и страстным влечением к существам голубого цвета, эволюция ярко проявилась бы в быстром появлении и распространении самоизбранной группы долгоживущих великанов в духе «Аватара». Имея в виду потенциал к полному переформатированию жизни и, возможно, созданию какого-то варианта сознания — биологического, искусственного или гибридного, возможности которого могут затмить наши нынешние способности, нам остается только гадать, куда все это в конечном итоге приведет.

Для энтропии ответ на вопрос о значимости в будущем, конечно же, «да». Несколько глав назад мы выяснили, что второе начало термодинамики — общее следствие применения статистических рассуждений к фундаментальным физическим законам. Могут ли будущие открытия привести к пересмотру законов, которые мы сегодня считаем фундаментальными? Почти наверняка. Сохранят ли энтропия и второе начало свою роль и объяснительную мощь? Тоже почти наверняка. В процессе перехода от классической к радикально иной квантовой парадигме математическое описание энтропии и второго начала требовало доработки, но, поскольку эти концепции вырастают из самых базовых вероятностных рассуждений, они тем не менее остаются применимыми. Мы считаем, что они сохранят свои позиции и в будущем, вне зависимости от того, как станут развиваться наши представления о законах природы. Не то чтобы мы не могли вообразить себе физические законы, которые исключили бы влияние энтропии и второго начала, но эти законы должны были бы настолько противоречить чертам реальности, изначально присущим всему, что мы знаем, и всему, что нам удалось измерить, что большинство физиков заранее отбрасывает такую возможность.

Когда мы представляем себе грядущее, куда более неопределенным выглядит вопрос о контроле, который мы — или какой-то другой будущий разум — сможем получить над окружающим миром. Может ли разумная жизнь управлять долговременной судьбой звезд, галактик и даже космоса в целом? Может ли такой разум намеренно изменить энтропию в широком масштабе, эффективно снизить энтропию на обширных пространствах — в общем, станцевать энтропийный тустеп космических масштабов? А может быть, такой разум способен даже проектировать и создавать совершенно новые вселенные? Какими бы фантастическими эти действия ни казались, они не выходят за рамки возможного. Дилемма для нас заключается в том, что их влияние на будущее выходит далеко за пределы наших предсказательных возможностей. Даже в полностью законопослушном мире, где отсутствует традиционная свобода воли, широкий поведенческий репертуар разума — вариант свободы, которую обретает разум, — делает некоторые варианты предсказаний, по существу, невозможными. Будущая мысль, несомненно, разработает несравненные вычислительные методы и технологии, но я подозреваю, что предсказание долговременных вариантов развития, теснейшим образом завязанных на жизни и разуме, так и останется недоступным для нас.

Что же делать?

Будем считать, что доминирующей силой развертывания космоса останутся законы физики в том виде, в каком мы их знаем, и в том же самом ненаправленном виде, в каком они действовали, предположительно, с момента Большого взрыва. Мы не будем рассматривать возможность того, что сами эти законы или даже численные «постоянные» природы могут изменяться. Не станем мы рассматривать и возможность того, что эти законы или постоянные уже медленно меняются, что в настоящее время их вариации слишком малы, чтобы быть заметными, но на больших временных масштабах могут накапливаться и давать значимые изменения[273]. Мы не будем также рассматривать возможность того, что области, над которыми будущий разум начнет осуществлять структурный контроль, расширятся до масштабов галактик и еще шире. Согласен, исключили мы довольно много. Но при отсутствии каких бы то ни было данных, на которые мы могли бы опереться, исследование этих возможностей напоминало бы стрельбу в темноте. Если наши предположения идут вразрез с вашими представлениями о будущем, вы можете рассматривать все написанное в этой и следующей главах как описание космологического развития, которое происходило бы при отсутствии таких изменений или разумного вмешательства. Я подозреваю, что ясность, которую принесут с собой будущие открытия, и влияние будущего разума хотя и скажутся, безусловно, на деталях последующего описания, не потребуют тем не менее полностью пересматривать описание развертывания космоса, в котором мы будем разбираться[274]. Дерзкое, возможно, предположение, но это самый эффективный путь вперед — и по нему-то мы с вами сейчас смело двинемся[275].

Как станет ясно на следующих страницах, сам факт, что мы можем получить непротиворечивое, хотя и приблизительное описание, которое прослеживает развертывание космоса экспоненциально далеко в будущее, уже представляет собой необычайное достижение. Это результат работы множества людей, который так же точно символизирует человеческую страсть к познанию, как самые заветные истории, мифы, религии и художественные произведения.

Империя времени

Как следует нам организовать рассуждения о будущем? Человеческая интуиция довольно хорошо приспособлена для понимания шкал времени, с которыми мы сталкиваемся в обыденной жизни, но при анализе ключевых космологических эпох будущего мы входим в настолько обширные темпоральные царства, что даже наши лучшие аналогии способны дать лишь слабый намек на то, о каких периодах идет речь. И все же для мысленного освоения столь далеких вершин не существует лучшего способа, чем аналогии, основанные на знакомых масштабах, поэтому давайте представим, что линия времени Вселенной проходит вверх по стене Эмпайр-стейт-билдинг, причем каждый этаж представляет собой период времени в десять раз длиннее предыдущего. Первый этаж соответствует десяти годам с момента Большого взрыва, второй — 100 годам, третий — тысяче и так далее. Соответственно, длительность периодов стремительно растет при подъеме с этажа на этаж — это просто описать, но так же просто и неправильно истолковать. Переход, скажем, с 12-го этажа на 13-й соответствует рассмотрению Вселенной начиная с триллионного года после Большого взрыва до 10-триллионного года после него. За время подъема на один-единственный этаж проходит 9 трлн лет, по сравнению с которыми количество лет, соответствующее всем предыдущим этажам, вместе взятым, совершенно меркнет. Та же закономерность действует и дальше, когда мы продолжаем подниматься: интервал времени, представленный каждым следующим этажом, намного (экспоненциально) больше, чем интервал, представленный суммарно всеми этажами до этого.

Считая, что продолжительность человеческой жизни примерно 100 лет, срок жизни сильной империи — 1000 лет, а устойчивые биологические виды живут по несколько миллионов лет, получаем, что верхние этажи здания представляют собой интервалы времени поистине эпохальной, кажется, длительности. Добравшись до обзорной площадки Эмпайр-стейт-билдинг на 86-м этаже, мы окажемся удалены на 10^86 лет — 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 лет — от Большого взрыва; этот поразительный интервал времени намного превосходит любую длительность, имеющую хоть какой-то смысл в контексте человеческой деятельности. И все же, несмотря на все нули, когда мы в конечном итоге поднимемся на верхний, 102-й этаж здания, длительность, представленная наблюдательной площадкой, покажется в сравнении с общей длительностью тоньше слоя краски на перилах.

Сегодня мы отстоим от Большого взрыва примерно на 13,8 млрд лет, и это означает, что все события, о которых шла речь в предыдущих главах, происходили между основанием Эмпайр-стейт-билдинг и уровнем на несколько ступенек выше 10-го этажа. Отсюда мы и направимся экспоненциально вверх в будущее.

Начинаем подъем.

Черное Солнце

Наши ранние предки, даже не понимая, что Солнце заливает Землю постоянным потоком низкоэнтропийной энергии, необходимой для жизни, признавали главенство и важность недремлющего небесного ока, пылающей сущности, наблюдающей с высоты за всем происходящим. Когда солнце садилось, они понимали, что оно снова поднимется; эта закономерность бытия была для них самой заметной и надежной. Но столь же надежно можно утверждать, что однажды этот ритм прервется.

На протяжении почти 5 млрд лет Солнце уравновешивает сокрушающую силу тяготения своей громадной массы за счет энергии, выделяемой при слиянии ядер водорода в его ядре. Эта энергия питает кипящую среду из быстро движущихся частиц, создающих мощное давление, направленное вовне. И как давление, создаваемое воздушным насосом, поддерживает надувной батут в детском парке, так и давление, создаваемое ядерным синтезом в ядре Солнца, подпирает само Солнце, не давая ему схлопнуться под собственным громадным весом. Это равновесие между тяготением, которое давит внутрь, и частицами, которые толкают наружу, надежно продержится еще примерно 5 млрд лет. Но затем равновесие нарушится. Несмотря на то что в составе Солнца будет по-прежнему полно ядер водорода, в ядре их почти не останется. При водородном синтезе образуется гелий, ядра которого тяжелее и плотнее ядер водорода, поэтому как песок, насыпаемый в пруд, вытесняет воду и заполняет дно пруда, так гелий вытесняет водород и заполняет центральную часть Солнца.

Это важно.

Именно в центре Солнца можно обнаружить самую высокую температуру, в настоящее время это около 15 млн градусов — намного больше 10 млн градусов, необходимых для синтеза водорода в гелий.

Но для слияния ядер гелия требуется температура около 100 млн градусов. Поскольку температура Солнца даже близко не подходит к этому порогу, по мере того как гелий вытесняет водород в ядре, запас топлива для синтеза убывает. Направленное вовне давление, обусловленное выделением энергии при синтезе в ядре, снизится, и вследствие этого направленное внутрь действие гравитации возьмет верх. Начнется сжатие Солнца. Когда заметная часть его немалой массы провалится внутрь, температура Солнца резко подскочит. Интенсивный жар и давление, по-прежнему не дотягивающие до условий, необходимых для начала горения гелия, запустят новый раунд водородного синтеза в пределах тонкой оболочки из водородных ядер, окружающей гелиевое ядро. В таких чрезвычайных условиях синтез водорода будет проходить очень быстро, порождая более интенсивное давление наружу, чем Солнце когда-либо испытывало. Это давление не только остановит схлопывание Солнца, но и инициирует сильнейшее его разбухание.

Судьба внутренних планет будет зависеть от соотношения двух факторов: до каких размеров расширится Солнце и какую долю своей массы оно при этом сбросит. Второй вопрос важен потому, что, когда ядерный двигатель звезды работает на форсаже, множество частиц из внешнего ее слоя непрерывно выбрасывается в пространство. Снижение массы Солнца, в свою очередь, приводит к снижению его общего гравитационного притяжения, в результате чего планеты постепенно смещаются на более отдаленные орбиты. Будущее любой конкретной планеты зависит от того, сможет ли ее уходящая траектория обогнать распухающее Солнце.

Компьютерное моделирование, основанное на детальных моделях Солнца, показывает, что Меркурий проиграет эту гонку и, будучи проглочен вспучившимся Солнцем, быстро испарится. Марс, обращающийся вокруг Солнца на большем расстоянии, имеет фору и будет в безопасности. Венере, скорее всего, конец, но расчеты по некоторым моделям показывают, что распухающее Солнце может чуть-чуть не успеть; возможно, оно остановится, так и не дойдя до ее новой орбиты, тогда до Земли оно тоже не достанет[276]. Но даже если Земля уцелеет, условия здесь сильно изменятся. Температура на поверхности Земли подскочит до нескольких тысяч градусов; этого хватит, чтобы испарить океаны, сбросить атмосферу и залить поверхность расплавленной лавой. Неприятные условия, конечно, но гигантское красное Солнце, размазанное по небосводу, будет представлять собой феерическое зрелище. Однако практически наверняка этим зрелищем уже некому будет любоваться. Если наши потомки в этот период будут по-прежнему процветать (успешно избежав самоуничтожения, смертельно опасных патогенов, экологических катастроф, разрушительных астероидов и вторжения инопланетян, а также других потенциальных катастроф) и если у них будет намерение делать это и дальше, то им придется задолго до этого покинуть Землю в поисках более гостеприимного дома.

При продолжении процесса слияния ядер водорода, окружающих гелиевое ядро Солнца, дополнительный гелий, который будет при этом образовываться, полетит вниз, в результате чего ядро сожмется еще сильнее, а его температура подскочит еще выше. Более высокая температура, в свою очередь, еще ускорит процесс, повысив скорость водородного синтеза в окружающей ядро оболочке и усилив ураган гелия, бомбардирующий ядро; температура поднимется еще выше. Примерно через 5,5 млрд лет температура ядра наконец станет достаточно высокой, чтобы поддерживать ядерное горение гелия с образованием углерода и кислорода. После зрелищной, но короткой вспышки, отмечающей переход к гелиевому синтезу как основному источнику энергии, Солнце вновь съежится в размерах и перейдет в не столь исступленное состояние.

Однако новообретенная стабильность продлится относительно недолго. Примерно за 100 млн лет, как прежде более тяжелый гелий вытеснил легкий водород, еще более тяжелые углерод и кислород сделают то же с более легким гелием, заняв его место в ядре Солнца и вытеснив гелий в окружающие ядро слои. Ядерное горение новых составляющих ядра, углерода и кислорода, требует еще более высоких температур — минимум 600 млн градусов. Поскольку температура ядра окажется намного меньше этого значения, ядерный синтез опять остановится, направленная внутрь сила тяготения вновь станет доминирующей, Солнце сожмется, а температура ядра снова вырастет.

В предыдущей фазе этого цикла повышение температуры запустило процесс синтеза в водородной оболочке, окружающей спокойное гелиевое ядро. Теперь же повышение температуры запускает синтез в гелиевой оболочке, окружающей спокойное ядро из углерода и кислорода. Но в этом цикле температура в ядре никогда не достигнет значения, необходимого для запуска нового раунда ядерного синтеза. Масса Солнца слишком мала для очередного цикла сжатия с ростом температуры, который в более тяжелых звездах запустил бы синтез ядер углерода и кислорода с образованием еще более тяжелых и более сложных ядер. Вместо этого при горении гелиевой оболочки с бомбардировкой ядра свежеобразованными углеродом и кислородом ядро продолжит сжиматься до тех пор, пока квантовый эффект, известный как принцип запрета Паули, не остановит схлопывание[277].

В 1925 г. австрийский физик Вольфганг Паули — пионер квантовой теории, известный своей язвительностью («Меня не беспокоит, что вы медленно думаете; меня беспокоит, что вы публикуетесь быстрее, чем думаете»[278]), — понял, что квантовая механика устанавливает предел тесноте сближения двух электронов (точнее, квантовая механика исключает нахождение любых двух идентичных материальных частиц в одинаковом квантовом состоянии, но нам достаточно и приближенного описания). Вскоре после этого коллективный разум множества исследователей показал, что полученный Паули результат, несмотря на то что речь в нем шла исключительно о крохотных частицах, является ключевым для понимания судьбы Солнца, как и судьбы всех звезд аналогичного размера. По мере сжатия Солнца электроны в ядре будут все больше сближаться — и рано или поздно их концентрация там достигнет предела, обозначенного результатом Паули. Когда дальнейшее сжатие попытается нарушить принцип Паули, в дело вступит мощное квантовое отталкивание: электроны будут стоять на своем, они потребуют себе личного пространства и откажутся сближаться еще сильнее. Сжатие Солнца прекратится[279].

Внешние, далекие от ядра оболочки Солнца будут и дальше расширяться и остывать — и в конечном итоге уплывут в пространство, оставив на месте Солнца поразительно плотный шар из углерода и кислорода, называемый белым карликом, который будет светиться еще несколько миллиардов лет. Поскольку температура, необходимая для дальнейшего ядерного синтеза, достигнута не будет, тепловая энергия медленно рассеется в пространстве, подобно последнему теплу угасающего уголька в костре; остаток Солнца остынет и потухнет, превратившись в конечном итоге в темный замерзший шар. Чуть выше 10-го этажа наше Солнце окончательно потухнет.

Это спокойный и мирный конец. Особенно в сравнении с катастрофическим финалом, ожидающим, возможно, всю Вселенную, когда мы продолжим подъем на следующий этаж.

Большой разрыв

Подбросьте вверх яблоко, и неумолимая тяга земной гравитации позаботится о том, чтобы его скорость постепенно снизилась. Это простое упражнение несет в себе глубокий космологический смысл.

Еще со времен наблюдений Эдвина Хаббла в 1920-х гг. нам известно, что пространство расширяется: галактики стремительно убегают друг от друга[280]. Но, как и в случае с подброшенным яблоком, гравитационное влияние каждой галактики на все остальные должно, безусловно, замедлять это космическое разбегание. Пространство расширяется, но скорость расширения должна по идее уменьшаться. В 1990-е гг. две группы астрономов, руководствуясь этими ожиданиями, решили измерить скорость космического замедления. После почти десятилетия работы они объявили результаты — и потрясли тем самым научный мир[281]. Ожидания не оправдались. Путем тщательного наблюдения взрывов далеких сверхновых — мощных маяков, которые можно видеть и измерять буквально через всю Вселенную, — они открыли, что расширение не замедляется. Оно ускоряется. И не то чтобы этот космический форсаж включился вчера. Исследователи, попадавшие от изумления со стульев, увидели, что астрономические наблюдения показывают: расширение набирает скорость последние 5 млрд лет.

То, что абсолютное большинство ученых ожидало увидеть замедление расширения, объясняется просто: такой вариант имеет смысл. Предположить, что расширение пространства ускоряется, на первый взгляд, столь же абсурдно, как предсказать, что слегка подброшенное яблоко навсегда покинет землю и ракетой умчится в небеса. Увидев нечто подобное, всякий разумный человек будет искать какую-то скрытую силу, какое-то незамеченное влияние, которое и заставило яблоко улететь вверх. Так и исследователи, когда наблюдательные данные доказали, вне всяких сомнений, что пространственное расширение ускоряется, поднялись с пола, взяли в руки мел и принялись искать причину этого.

В ведущем объяснении задействована важнейшая черта общей теории относительности Эйнштейна[282], с которой мы уже встречались при обсуждении инфляционной космологии в главе 3. Вспомним, что и по Ньютону, и по Эйнштейну сгустки вещества, такие как планеты и звезды, порождают знакомую нам силу гравитационного притяжения, но в подходе Эйнштейна репертуар действий гравитации расширяется. Если некоторая область пространства не содержит сгустка вещества, а, напротив, заполнена однородным энергетическим полем (мое любимое сравнение, о котором я уже говорил: пар, однородно заполняющий сауну), результирующая гравитационная сила оказывается отталкивающей. В инфляционной космологии исследователи считают, что такая энергия переносится экзотическим видом поля (инфляционным полем), а теория предполагает, что именно его мощная отталкивающая гравитация вызвала Большой взрыв. Хотя это событие произошло почти 14 млрд лет назад, мы можем применить аналогичный подход к объяснению ускоренного расширения пространства, наблюдаемого в настоящее время.

Если представить, что все пространство равномерно заполнено другим энергетическим полем — мы называем эту энергию темной, потому что она не излучает света, но название невидимая энергия было бы не менее подходящим, — то можно дать объяснение, почему все галактики так поспешно разбегаются. Галактики, будучи сгустками вещества, порождают притягивающую гравитацию, они тянут друг друга внутрь и тем самым замедляют космологическое расширение. Темная энергия, будучи распределена равномерно, порождает отталкивающую гравитацию, она толкает все наружу и таким образом ускоряет разбегание. Чтобы объяснить ускоренное расширение, которое наблюдают астрономы, расталкивающая сила темной энергии просто должна превышать коллективное притяжение галактик. Причем ненамного. В сравнении с молниеносным распуханием пространства во время Большого взрыва сегодняшнее расширение — процесс неспешный, так что достаточно будет совсем немного темной энергии.

В самом деле темной энергии, необходимой для обеспечения наблюдаемого разбегания галактик, в одном кубическом метре пространства хватило бы на горение 100-ваттной лампочки в течение пяти триллионных долей секунды — почти комически крохотная величина[283]. Но пространство содержит много кубических метров. Расталкивающая сила, развиваемая каждым из них, суммируется по всему пространству, образуя направленную вовне силу, способную обеспечить то самое ускоренное расширение, которое измерили астрономы.

В пользу темной энергии имеются убедительные, но исключительно косвенные доводы. Никто пока не нашел способа взять темную энергию «с поличным», установить ее существование и непосредственно исследовать ее свойства. Тем не менее темная энергия так непринужденно и точно объясняет данные наблюдений, что де-факто она уже стала общепринятым объяснением ускоренного расширения пространства. Однако с долговременным поведением темной энергии ясности меньше. А для того чтобы предсказать далекое будущее, необходимо мыслить в терминах возможного. Простейший вариант поведения, согласующийся со всеми наблюдениями, состоит в том, что величина темной энергии не меняется с ходом космического времени[284]. Но простота, хотя и привлекательна концептуально, не имеет исключительного права на истину. Математическое описание темной энергии допускает ее ослабление, которое сработает как тормоз для ускоренного расширения, или, напротив, усиление, которое добавит ему дополнительный ход. С 11-го этажа последний вариант — постепенное усиление отталкивающей гравитации — выглядит особенно неутешительно: его реализация будет означать, что все мы несемся навстречу катастрофическому событию, которое физики называют Большим разрывом.

Все более мощная расталкивающая гравитация со временем одержит верх над всеми силами, которые связывают и удерживают объекты, в результате чего все будет разорвано на части. Целостность вашего тела обеспечивает электромагнитное взаимодействие, связывающее воедино ваши атомные и молекулярные составляющие, а также сильное ядерное взаимодействие, связывающее протоны и нейтроны внутри атомных ядер вашего тела. Поскольку оба эти взаимодействия намного сильнее, чем сегодняшнее распирающее давление расширяющегося пространства, ваше тело держится и сохраняет прочность. Если ваша фигура и расплывается, то не потому, что расширяется пространство. Но, если сила отталкивания будет возрастать и возрастать, когда-нибудь пространство внутри вашего тела станет расширяться под таким мощным давлением, что преодолеет электромагнитные и ядерные силы, обеспечивающие вашу целостность. Вы распухнете, и в конечном итоге вас разорвет на кусочки, как и все остальное.

Подробности зависят от скорости, с которой растет отталкивающая гравитация, но в одном репрезентативном примере, проработанном физиками Робертом Колдуэллом, Марком Каминковски и Невином Вайнбергом, примерно через 20 млрд лет отталкивающая гравитация разгонит скопления галактик, еще примерно через 1 млрд лет звезды, составляющие Млечный Путь, разбросает в пространстве, как искры праздничного фейерверка; примерно через 60 млн лет после этого Землю и другие планеты Солнечной системы оторвет от Солнца, а еще через несколько месяцев сила гравитационного отталкивания между молекулами заставит звезды и планеты взорваться; по прошествии еще всего лишь 30 минут отталкивание между частицами, составляющими отдельные атомы, станет таким сильным, что даже их разорвет на части[285]. Итоговое состояние Вселенной зависит от неизвестной нам на данный момент квантовой природы пространства и времени. Говоря простыми словами, лишенными математической строгости, вполне может оказаться, что отталкивающая гравитация разорвет на части саму ткань пространства-времени. Реальность началась со взрыва, и в какой-то момент, не доходя до 11-го этажа — через 100 млрд лет после Большого взрыва, — она, возможно, закончится всеобщим разрывом.

Хотя нынешние наблюдения допускают постепенное усиление темной энергии, многие физики, включая и меня, считают такой вариант маловероятным. При изучении соответствующих уравнений у меня возникает впечатление, что да, математика работает, хотя и едва-едва, но нет, уравнения не выглядят естественными или убедительными. Такая оценка основывается на опыте многих десятилетий, а не на математических доказательствах, поэтому она, конечно, может оказаться ошибочной. Тем не менее она обеспечивает более чем достаточную мотивацию для оптимизма и позволяет считать, что Большой разрыв не сделает все последующие этажи Эмпайр-стейт-билдинг ненужными. Так что продолжим наше движение вдоль линии времени.

Нам не придется далеко взбираться, прежде чем мы встретим на своем пути следующее поворотное событие.

Скалы на краю пространства

Если сила отталкивающей гравитации не растет, но остается постоянной, мы все можем вздохнуть с облегчением; в этом случае угроза быть разорванным на кусочки расширяющимся пространством не будет нас беспокоить. Но поскольку отталкивающая гравитация и дальше будет заставлять далекие галактики разбегаться все быстрее и быстрее, она все же вызовет глубокие долговременные последствия: примерно через 1 трлн лет скорость убегания отдаленных галактик достигнет скорости света, а затем и превзойдет ее — нарушив, на первый взгляд, самое знаменитое правило эйнштейновской Вселенной. При более внимательном рассмотрении выяснится, однако, что на самом деле правило это устоит: утверждение Эйнштейна о том, что ничто не в состоянии превысить скорость света, относится исключительно к скорости объектов, движущихся сквозь пространство. Галактики же почти не движутся сквозь пространство. У них нет ракетных двигателей. Как частицы белой краски на куске черной эластичной ткани разъезжаются, когда эту ткань растягивают, так и галактики по большей части неподвижны в ткани пространства и разбегаются потому, что пространство разбухает. Чем дальше отстоят галактики одна от другой, тем больше между ними способного разбухать пространства и, соответственно, тем быстрее эти галактики будут расходиться. Закон Эйнштейна не накладывает никаких ограничений на скорость такого расхождения.

Несмотря на это, предел в виде скорости света остается чрезвычайно важным. Свет, испускаемый каждой галактикой, движется сквозь пространство, в отличие от нее самой. И как каякер не сможет подняться вверх по реке, если скорость, до которой он сумеет разогнать веслом свою лодочку, окажется меньше скорости течения, так и свет, излученный галактикой, убегающей от нас со сверхсветовой скоростью, проиграет гонку с пространством и никак не сможет добраться до нас. Пересекая пространство со скоростью света, свет не сможет преодолеть расстояние до Земли, если оно будет увеличиваться со сверхсветовой скоростью. В результате если будущие астрономы захотят посмотреть на что-нибудь кроме ближайших звезд и направят свои телескопы в самые глубокие части ночного неба, то увидеть там они смогут лишь бархатную черную тьму. Далекие галактики к этому моменту уже выскользнут за пределы того, что астрономы называют нашим космологическим горизонтом. Выглядеть это будет так, будто далекие галактики упали с какой-то скалы на краю пространства.

Я говорю здесь именно о далеких галактиках, потому что те, что располагаются относительно близко, — скопление из примерно 30 галактик, известное как Местная группа, — и дальше останутся нашими космическими компаньонами. В самом деле к 11-му этажу Местная группа, в которой доминируют галактики Млечный Путь и туманность Андромеды, скорее всего, сольется воедино, образовав союз, который астрономы заранее окрестили Милкомедой (я, правда, высказался бы скорее за вариант Андромилки). Все звезды Милкомеды окажутся достаточно близко друг к другу, чтобы их взаимное гравитационное притяжение могло противостоять расширению пространства и удерживать это звездное собрание в целости. Но утрата контакта с более далекими галактиками будет для нас серьезной потерей. Именно тщательное наблюдение за далекими галактиками позволило Эдвину Хабблу понять, что пространство расширяется; это открытие затем подтвердили и уточнили следующие 100 лет наблюдений. Лишившись доступа к далеким галактикам, мы потеряем главный диагностический инструмент, позволяющий отслеживать расширение Вселенной. Наблюдения, которые привели нас к пониманию Большого взрыва и космической эволюции, перестанут быть доступными.

Астроном Ави Лёб предположил, что высокоскоростные звезды, которые будут непрерывно убегать из конгломерата Милкомеды в глубокий космос, смогут послужить в каком-то смысле заменой далеким галактикам — так кидают в воду с плота попкорн, чтобы проследить ход воды ниже по течению. Но и Лёб признает, что неустанное все ускоряющееся расширение чрезвычайно плохо скажется на способности будущих астрономов осуществлять точные космологические измерения[286]. В качестве наглядной иллюстрации скажем, что к 12-му этажу — примерно через 1 трлн лет после Большого взрыва — чрезвычайно важное реликтовое излучение, направлявшее наши космологические исследования в главе 3, окажется настолько растянутым и разреженным расширением пространства (так сильно изменится под действием красного смещения), что его, скорее всего, уже невозможно будет обнаружить.

Как вы думаете: если представить, что собранные нами данные, из которых явствует, что Вселенная расширяется, каким-то образом удалось сохранить и передать в руки астрономов, которые будут жить через 1 трлн лет после нас, поверят ли они? Их новейшее оборудование, прошедшее путь развития длиной в триллион лет, покажет им Вселенную, которая на максимальных расстояниях черна, вечна и неизменна. Можете себе представить, как они отмахнутся от странных результатов, дошедших до них из древней примитивной эпохи — нашей эпохи, и примут вместо этого ошибочное заключение, что Вселенная в целом статична.

Даже в мире, где происходит неумолимый рост энтропии, мы привыкли к тому, что измерения раз за разом улучшаются, массивы данных постоянно растут, научные представления развиваются. Вследствие ускоренного расширения пространства может оказаться, что важная информация уносится прочь так быстро, что становится недоступной. Глубокие истины, возможно, будут молча манить наших потомков из-за горизонта.

Сумерки звезд

Первые звезды начали формироваться на 8-м этаже, примерно через 100 млн лет после Большого взрыва, и будут формироваться до тех пор, пока остается свободное сырье для их образования. Как долго это будет продолжаться? Список ингредиентов невелик: все, что вам для этого требуется, — достаточно большое облако газообразного водорода. Как мы уже видели, после этого за дело берется гравитация, которая медленно сжимает облако, разогревая его сердцевину и запуская ядерную реакцию. Если вам известно количество газа в галактике и скорость, с которой формирование звезд истощает газовые резервы, вы вполне можете оценить продолжительность времени, в течение которого будет происходить звездообразование. Есть кое-какие тонкости, которые делают подсчет более сложным (скорость звездообразования в галактике может изменяться со временем; звезды, прогорая, возвращают часть своих газообразных составляющих в галактику, восполняя резервы), но после уточненных расчетов исследователи заключили, что к 14-му этажу — примерно через 100 трлн лет — звездообразование в огромном большинстве галактик подойдет к концу.

Продолжая подъем с 14-го этажа, мы заметим еще кое-что. Звезды начнут меркнуть. Чем массивнее звезда, тем сильнее ее вес давит на ядро и тем выше поднимается температура в ее центре. В свою очередь, более высокая температура подстегивает и ускоряет ядерный синтез, способствуя, таким образом, более быстрому выгоранию ядерных резервов звезды. Если Солнце будет ярко гореть около 10 млрд лет, то гораздо более тяжелые звезды исчерпают свое ядерное топливо намного раньше. Самые легкие звезды, имеющие массу примерно в десять раз меньше солнечной, горят слабее и, соответственно, живут намного дольше. Астрономы называют разные категории таких звезд малой массы обобщающим термином красные карлики, и, судя по наблюдениям, к их числу относится большинство звезд во Вселенной. Низкие температуры и медленное, спокойное горение водорода (благодаря вихревым потокам внутри красных карликов почти весь запасенный в них водород в итоге сгорает в ядре) позволяют им светить по многу триллионов лет, в тысячи раз больше срока жизни нашего Солнца. Но к 14-му этажу даже припозднившиеся красные карлики будут уже дышать на ладан.

Таким образом, поднимаясь с 14-го этажа, мы видим галактики, напоминающие выгоревшие города антиутопического будущего. Блистательное когда-то ночное небо, полное сияющих звезд, окажется теперь населено обуглившимися огарками. И все же, поскольку гравитационное притяжение звезды зависит только от ее массы, а не от того, светится она ярко или «дымится», как прогоревший уголек, те звезды, которые прежде удерживали планеты, будут удерживать их и дальше.

До следующего этажа.

Сумерки астрономического порядка

При взгляде в ясное ночное небо создается впечатление, что наша Галактика плотно набита звездами. На самом деле это не так. Хотя нам кажется, что звезды располагаются на окружающей нас сфере вплотную друг к другу, на самом деле расстояния от Земли до них различаются очень сильно — хотя наши слабые, близко посаженные глаза этого практически не видят — и звезды тоже очень далеки одна от другой. Если бы можно было сжать Солнце до размера крупинки сахара и положить эту крупинку на верхушку Эмпайр-стейт-билдинг, то вам пришлось бы доехать почти до Гринвича в штате Коннектикут, чтобы увидеть Проксиму Центавра — нашу ближайшую звездную соседку. И вам не придется спешить, чтобы непременно застать Проксиму возле Гринвича, когда вы наконец туда доберетесь. В этом масштабе типичные скорости звезд составляют меньше одного миллиметра в час. Как при игре в салки, участники которой находятся далеко друг от друга, звезды очень редко сталкиваются между собой или хотя бы сближаются.

Этот вывод, однако, основан на знакомых нам единицах времени — годах, столетиях, тысячелетиях — и требует пересмотра в свете тех гораздо больших по длительности временных шкал, которые мы сейчас рассматриваем. К 15-му этажу мы отдалимся от Большого взрыва на миллион миллиардов лет. И существует реальный и даже значительный шанс, что за этот промежуток времени далекие на сегодня и медленно движущиеся звезды успеют многократно сблизиться. Что же произойдет при такой встрече?

Давайте сосредоточимся на Солнце и представим, что мимо пролетает другая звезда. В зависимости от массы и траектории непрошеного гостя его гравитационное воздействие может оказаться очень разным. Притяжение чужака может вызвать лишь легкое возмущение движения Земли — если он будет легковесен и пройдет на приличном расстоянии, может быть, здесь обойдется без хаоса. Но гравитационное притяжение более массивной звезды, проходящей поближе, вполне могло бы сорвать Землю с орбиты, протащить ее кувырком через всю Солнечную систему и выбросить в глубокий космос. При этом то, что верно для Земли, верно и для других планет, обращающихся по орбитам вокруг большинства других звезд в других галактиках. По мере нашего подъема вдоль линии времени все больше планет будет выбрасываться в пространство разрушительной гравитационной тягой блуждающих звезд. Мало того, хотя это и чрезвычайно маловероятно, такая судьба может в принципе ожидать Землю еще до того, как выгорит Солнце.

Если бы это произошло, то отдаление от Солнца вызвало бы на Земле резкое и непрерывное падение температуры. Верхние слои Мирового океана замерзли бы, как и все, что еще осталось бы на поверхности. Атмосферные газы, преимущественно азот и кислород, перешли бы в жидкую форму и закапали с неба. Смогла бы жизнь уцелеть? На поверхности Земли это было бы проблематично. Но, как мы уже видели, жизнь прекрасно себя чувствует в темных термальных источниках, которыми пестрит дно океана (может быть, она там и зародилась). Поскольку солнечный свет на такие глубины не проникает, то и его отсутствие так называемые черные курильщики вряд ли заметят. Значительную часть энергии эти источники получают от постоянно происходящих то тут, то там непрерывных ядерных реакций[287]. Недра Земли — настоящий склад радиоактивных элементов (в основном это торий, уран и калий), и эти нестабильные атомы испускают при распаде поток энергичных частиц, которые разогревают окружающие объекты. Так что вне зависимости от того, пользуется ли Земля теплом, которое вырабатывается при реакциях синтеза в Солнце, она будет получать тепло, которое вырабатывается при реакциях ядерного распада внутри нее. Окажись Земля выброшенной из Солнечной системы, жизнь на дне океана, возможно, еще миллиарды лет продолжала бы существовать, как если бы ничего не случилось[288].

Такие игры со столкновениями и беспорядочным движением разметают не только планетные системы, но — в еще более отдаленной перспективе — и галактики. При близких расхождениях блуждающих по случайным траекториям звезд или, реже, при их лобовых столкновениях скорость более тяжелой звезды, как правило, снижается, тогда как более легкая звезда стремится ускориться. (Аккуратно поставьте шарик для пинг-понга на баскетбольный мяч и уроните на пол; когда все это упадет и отскочит, вы увидите, как столкновение приведет к поразительному приросту скорости шарика.)[289] При любой конкретной встрече подобные обмены, как правило, будут скромными, но на больших промежутках времени их кумулятивный эффект может сложиться в значительное изменение скоростей звезд. В результате звезды одна за другой будут разгоняться до скоростей достаточно высоких, чтобы унести их из родной галактики. Подробные расчеты показывают, что, когда мы минуем 19-й этаж и начнем двигаться выше, к 20-му, типичные галактики заметно похудеют. Их звезды, от большинства которых к тому времени останутся сгоревшие угольки, будут выброшены прочь и отправлены бесцельно скитаться в пространстве[290].

Астрономический порядок, проявляющийся в планетных системах и галактиках, разрушится; эти структуры, которые сегодня встречаются повсеместно, Вселенная, по существу, отправит в отставку.

Гравитационные волны и окончательное выметание

Если Земле повезет уцелеть при вспухании Солнца на 11-м этаже и если она избежит изгнания из системы в результате разрушительного визита звездных соседей, ее конечная судьба будет определяться совершенно прекрасным свойством общей теории относительности — гравитационными волнами.

Объясняя центральную для общей теории относительности, но достаточно абстрактную идею искривления пространства-времени, физики часто привлекают знакомую метафору: мы представляем себе планеты, обращающиеся вокруг звезды, как мраморные шарики, катающиеся по натянутому резиновому полотну, которое деформируется под действием лежащего в центре шара для боулинга. Но такая метафора поднимает следующий вопрос: почему планеты не скатываются по спирали к звезде и не падают в нее? В конце концов наши шарики, безусловно, ожидает именно такая судьба[291]. Ответ в том, что катящиеся шарики заворачивают по спирали к центру, потому что теряют энергию из-за трения. На самом деле это можно заметить даже без какого бы то ни было сложного оборудования: некоторая часть потерянной энергии попадает вам в уши, позволяя услышать, как шарики катятся по резиновому листу. Обращающиеся вокруг звезды планеты сохраняют параметры движения неизменными, потому что в пустом пространстве практически нет трения.

Несмотря на то что трение на них не действует, любая планета все же теряет небольшое количество энергии на каждом обороте. В своем движении астрономические тела тревожат ткань пространства, рождая в ней возмущения и своеобразную «рябь», которая расходится вовне аналогично тому, как по резиновому листу расходились бы волны, если бы вы непрерывно по нему постукивали. Эта рябь на ткани пространства и есть те самые гравитационные волны, которые Эйнштейн предсказывал в статьях, опубликованных в 1916 и 1918 гг. В следующие десятилетия Эйнштейн испытывал по отношению к гравитационным волнам смешанные чувства и рассматривал их в лучшем случае как теоретическую возможность, которую никогда не удастся пронаблюдать, а в худшем — как откровенно неверную интерпретацию уравнений. Математика общей теории относительности настолько тонка, что даже Эйнштейн иногда в ней путался. Для разработки систематических методов, позволяющих одолеть эти тернистые вопросы, которые в противном случае спутали и погубили бы все попытки связать математические выражения общей теории относительности с измеримыми свойствами окружающего мира, понадобились многие годы и усилия множества ученых. К 1960-м гг., когда такие методы успели не только появиться, но и утвердиться в науке, физики уверились наконец, что гравитационные волны — бесспорное следствие теории. Тем не менее ни у кого не было никаких экспериментальных или наблюдательных данных, которые подтверждали бы, что гравитационные волны реальны.

Примерно полтора десятилетия спустя ситуация изменилась. В 1974 г. Рассел Халс и Джо Тейлор открыли первую из известных на сегодня двойную нейтронную звезду — пару нейтронных звезд, оказавшихся на общей орбите с коротким периодом[292]. Последующие наблюдения установили, что со временем эти нейтронные звезды сближаются по спирали; это доказывает, что двойная звезда теряет энергию. Но куда девается эта энергия?[293] Тейлор и его коллеги Ли Фаулер и Питер Маккаллох объявили, что измеренная потеря орбитальной энергии замечательно согласуется с предсказанием общей теории относительности для энергии, которую движущаяся по орбите нейтронная звезда должна излучать в виде гравитационных волн[294].

Хотя генерируемые волны получались слишком слабыми, чтобы их можно было обнаружить, эти работы установили, пусть косвенно, что гравитационные волны реальны.

Три десятилетия и миллиард долларов спустя лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO) сделала следующий шаг и впервые сумела непосредственно зарегистрировать рябь на ткани пространства. Рано утром 14 сентября 2015 г. два громадных детектора, один в Луизиане, другой в штате Вашингтон, беспрецедентно защищенные от любых возможных возмущений, за исключением воздействия гравитационных волн, сработали. Причем в точности одинаковым способом. Исследователи готовились к этому моменту почти полстолетия, но калибровку новых усовершенствованных детекторов закончили всего двумя днями ранее. Почти немедленная после этого регистрация сигнала стала поводом одновременно для радости и тревоги. Реален ли этот сигнал? Что это — главное открытие всей жизни или работа какого-нибудь шутника? Или еще хуже — неужели кто-то взломал систему и подсунул им ложный сигнал?

После нескольких месяцев тщательнейшего анализа, проверки и перепроверки деталей предполагаемого гравитационного возмущения исследователи объявили, что по Земле действительно прокатилась гравитационная волна. Более того, при помощи точного анализа параметров колебаний и сравнения с результатами моделирования на суперкомпьютере гравитационных волн, которые должны возникать при различных астрономических событиях, исследователи методом обратного проектирования сигнала восстановили его источник. Они пришли к выводу, что 1,3 млрд лет назад, когда на планете Земля только начала зарождаться многоклеточная жизнь, две далекие черные дыры, обращавшиеся вокруг общего центра по спирали и со все возрастающей скоростью, приближавшейся уже к скорости света, столкнулись в последнем орбитальном пароксизме. Это столкновение породило в пространстве приливную волну, гравитационное цунами настолько громадное, что его мощь превзошла мощь, вырабатываемую всеми звездами во всех галактиках в наблюдаемой Вселенной. Эта волна покатилась со скоростью света во всех направлениях, в том числе и к Земле, убывая по мощности по мере распространения. Примерно 100 000 лет назад, когда люди потихоньку мигрировали из африканской саванны, эта волна, продолжая свой неустанный бег, прокатилась рябью сквозь гало из темной материи, окружающее нашу Галактику. Около 100 лет назад она пронеслась мимо звездного скопления Гиады, и примерно в это же время один из представителей нашего биологического вида, Альберт Эйнштейн, начал думать о гравитационных волнах и написал первую статью об их возможном существовании. Примерно через 50 лет, когда волна эта продолжала нестись сквозь космос, другие исследователи дерзко предположили, что подобные волны можно обнаружить, и начали проектировать и планировать устройство, которое было бы на это способно. И когда волна была всего в двух световых днях пути от Земли, новый усовершенствованный вариант самых продвинутых детекторов был, наконец, готов к действию. Два дня спустя эти два детектора вздрогнули на две сотых миллисекунды, записав данные, которые позволили ученым реконструировать всю ту историю, которую я только что поведал. За это достижение руководители команды исследователей Райнер Вайсс, Барри Бэриш и Кип Торн в 2017 г. были удостоены Нобелевской премии.

Эти открытия, захватывающие сами по себе, важны для нашего рассказа потому, что на 23-м этаже Земля (считая, опять же, что до этого момента она будет находиться на орбите), потеряв энергию посредством процесса, аналогичного описанному, — медленной, но безостановочной генерации гравитационных волн — упадет по спирали на давно мертвое Солнце. С другими планетами произойдет примерно то же самое, хотя временные ориентиры, возможно, будут иными. Более мелкие планеты производят в ткани пространства меньшее возмущение и потому спускаются по более пологой спирали; так же происходит и с планетами, орбиты которых далеки от звезды. Взяв Землю в качестве примера тех планет, которые будут упрямо держаться за свои орбиты, мы заключаем, что к 23-м этажу такие планеты, примирившись со своей судьбой, нырнут наконец вниз и соединятся со своим холодным солнцем в последнем крепком объятии.

Галактики на последних этапах существования ожидает примерно такая же последовательность событий. В центре большинства галактик имеется громадная черная дыра массой в миллионы или даже миллиарды масс Солнца. На подъеме к 23-му этажу в галактиках из звезд останутся только выгоревшие угольки; избежав участи быть выброшенными прочь, они будут медленно двигаться по орбитам вокруг центральной черной дыры своей галактики. И если планеты, орбитальная энергия которых постепенно уходит в гравитационные волны, медленно по спирали спускаются к центру системы, то звезды, с которыми происходит нечто аналогичное, по спирали спускаются к центральной черной дыре галактики. Оценив скорость передачи энергии, ученые пришли к выводу, что к 24-му этажу большая часть звездных огарков будет уже поглощена черной бездной, притаившейся в центре соответствующей галактики[295]. Если в галактике найдутся упрямцы — выгоревшие звезды, которые достаточно малы и далеки от центра, — центральная черная дыра предложит им дополнительную помощь, неустанно притягивая эти звезды и приманивая их все ближе к месту последнего упокоения. Учитывая оба эти влияния, центральные черные дыры начисто выметут звезды из большинства галактик к 30-му этажу, то есть через 1030 лет после Большого взрыва, если не раньше.

К этому времени экскурсия по космосу превратится в мероприятие, не слишком богатое событиями. Вокруг будет лишь темное безжизненное пространство, прерываемое тут и там холодными планетами, выгоревшими звездами и чудовищными черными дырами.

Судьба сложной материи

Может ли жизнь уцелеть среди происходящих в окружающей среде чрезвычайных превращений, о которых мы говорили? Это очень непростой вопрос, не в последнюю очередь потому, что, как подчеркивалось в начале этой главы, мы представления не имеем о том, как будет выглядеть жизнь далекого будущего. Лишь одна характеристика кажется верной: жизнь любого сорта должна будет обуздать подходящую энергию, чтобы питать ею свои функции жизнеобеспечения — метаболическую, репродуктивную и все остальные. По мере того как звезды прогорают и выбрасываются за пределы галактик в глубокий космос или спускаются по спирали во всепожирающие черные дыры, эта задача будет становиться все более сложной. Есть, конечно, креативные идеи, такие как обуздание частиц темной материи, пронизывающей, как мы считаем, все пространство; эти частицы могут вырабатывать энергию при столкновении друг с другом и превращении их в фотоны[296]. Но вот незадача: даже если какая-то форма жизни сумеет взять на вооружение новый источник полезной энергии, то позже, когда мы продолжим подъем, появится, скорее всего, следующая проблема, более значимая, чем все остальные.

Само вещество может распасться и исчезнуть.

В основе всех атомов, складывающихся в молекулы и образующих все сложные материальные структуры, от жизни до звезд, лежат протоны. Если бы протоны обладали склонностью к распаду на несколько более легких частиц (таких как электроны и фотоны), вещество распалось бы и Вселенная изменилась радикально[297]. Наше существование наглядно свидетельствует о стабильности протонов, по крайней мере на временных масштабах, сравнимых с промежутком времени, миновавшим после Большого взрыва. Но как насчет куда более масштабных временных промежутков, которые мы сейчас рассматриваем? Почти полвека физики то и дело натыкались на интригующие математические намеки, согласно которым на подобных громадных промежутках времени протоны все же могут распадаться.

Еще в 1970-е гг. физики Говард Джорджи и Шелдон Глэшоу разработали первую теорию Великого объединения — математическую концепцию, которая объединяет, по крайней мере на бумаге, все три негравитационных взаимодействия[298]. Хотя сильное и слабое ядерные взаимодействия и электромагнитное взаимодействие обладают очень разными свойствами, если рассматривать их в лабораторных экспериментах, — в схеме Джорджи и Глэшоу эти различия сильно уменьшаются, когда все три взаимодействия исследуются на все меньших и меньших расстояниях. Так что Великое объединение предполагало: эти три взаимодействия на самом деле представляют собой разные проявления одного и того же главного взаимодействия — единства природных механизмов, которое проявляется только на самых мелких масштабах.

Джорджи и Глэшоу понимали, что связи между взаимодействиями, которые предполагаются Великим объединением, означают и новые связи между частицами вещества. И эти связи разрешают множество новых взаимных превращений частиц, включая и такие, результатом которых должен стать распад протонов. К счастью, процесс этот должен протекать медленно. Расчеты показали, что если держать на ладони кучку протонов и дожидаться их полураспада, то держать их пришлось бы примерно тысячу миллиардов миллиардов миллиардов лет — достаточно долго, чтобы добраться до 30-го этажа нашей башни. Это забавное предсказание может показаться непроверяемым. Кому достанет терпения выполнить такой тест?

Получить ответ помогает простой, но красивый ход. Как шансы на то, что в очередном выпуске еженедельной лотереи найдется победитель, будут близки к нулю, если продано всего несколько билетов, но сильно вырастут, если продажи билетов взлетят до небес, так и шансы увидеть распад протона в маленьком образце почти отсутствуют, но вырастут многократно при увеличении размеров образца[299]. Так что наполните громадный бак миллионами галлонов[300] очищенной воды (в каждом галлоне содержится около 1026 протонов), окружите этот образец самыми чувствительными детекторами и наблюдайте неустанно, день и ночь, в поисках характерных признаков продуктов распада протона (которыми, по гипотезе Джорджи — Глэшоу, является частица под названием пион в комплекте с антиэлектроном).

Поиск конкретных микроскопических обломков единственного распавшегося протона, плавающего в море своих собратьев настолько многочисленном, что их число намного превосходит число песчинок на всех пляжах и во всех пустынях нашей планеты, может показаться задачей, оставляющей далеко позади пресловутый поиск иголки в стоге сена. Но факт остается фактом: блестящие команды физиков-экспериментаторов уже не раз наглядно продемонстрировали, что если бы какой-нибудь протон в баке распался-таки, то датчики непременно подняли бы тревогу.

Я был одним из студентов Джорджи в середине 1980-х гг., когда его единая теория подверглась испытанию. Я изучал более фундаментальные дисциплины, так что даже не понимал до конца, что происходит. Но я чувствовал всеобщее предвкушение и нетерпеливое ожидание. Единство природы должно было вот-вот проявиться; мечта Эйнштейна стала близка к реализации. Год прошел без признаков распада хотя бы одного протона. За ним еще год. И еще. Неудача этого эксперимента позволила ученым установить нижнюю границу времени жизни протона, которая нынче составляет примерно 1034 лет.

Гипотеза Джорджи и Глэшоу великолепна. Оставляя пока в стороне загадки квантовой гравитации, их теория охватывает три оставшихся природных взаимодействия, а также все частицы вещества при помощи гибкого, строгого и красивого сплава математики и физики. Это настоящий интеллектуальный шедевр. И все же природа пожала плечами при виде их предложения. Много позже я расспросил Джорджи про давний опыт. Он сказал, что те неудачные эксперименты просто «прихлопнула природа»; этот опыт, добавил он, вообще отвратил его от программы унификации[301].

Но работа над программой продолжалась. И продолжается до сих пор. И общей чертой почти каждого подхода, который пробуют ученые, — теории Калуцы — Клейна, теории суперсимметрии, супергравитации, суперструн, а также более непосредственного развития теории Великого объединения Джорджи и Г лэшоу (обо всем этом вы можете прочесть в «Элегантной Вселенной») — является то, что протоны должны распадаться. Гипотезы, в которых скорость такого распада близка к той, что прогнозировала первоначальная схема Джорджи и Глэшоу, исключаются сразу. Но многие из предложенных единых теорий предсказывают более низкую скорость распада протонов, совместимую с лучшими экспериментальными пределами. Как правило, предсказанный период полураспада ложится в интервал между 1034 и 1037 лет, но некоторые гипотезы предполагают еще большие величины.

Дело в том, что в ходе развития математических представлений о космосе «уши» протонного распада начинают торчать едва ли не из каждой щели. В принципе, можно так построить уравнения, чтобы распад протона в них не фигурировал, но для этого часто приходится прибегать к изощренным математическим манипуляциям, которые противоречат теоретическим выкладкам, уместность которых в описании реальности подтверждена прошлыми успехами. Поэтому многие теоретики считают, что протон все же распадается. Возможно, это ошибка, и в примечаниях я коротко расскажу об альтернативе[302]. Но здесь, для определенности, я возьму время жизни протона равным примерно 1038 лет.

Из этого следует, что, когда мы будем взбираться вверх с 38-го этажа, все атомы, соединившиеся во все молекулы, из которых собрались все структуры, когда-либо появившиеся в космосе — камни, вода, кролики, деревья, вы, я, планеты, спутники, звезды и т. п., разрушатся и исчезнут. Все распадется. Во Вселенной останутся только отдельные кирпичики-частицы, в основном электроны, позитроны, нейтрино и фотоны; они будут носиться по космосу, усеянному тут и там дремлющими, хотя и прожорливыми черными дырами.

На более низких этажах главной задачей жизни является обуздание подходящей высококачественной низкоэнтропийной энергии для обеспечения процессов жизнедеятельности. После 38-го этажа задача становится более фундаментальной. С распадом атомов и молекул обрушится главная опора жизни и большинства структур в космосе. Станет ли это для жизни последним пределом, если она, конечно, сможет до этого дотянуть? Возможно. Но возможно также, что на тех промежутках времени, о которых мы говорим, — в миллиард миллиардов миллиардов раз больше нынешнего возраста Вселенной — жизнь успеет развиться в такую форму, что давно уже избавится от всякой нужды в биологической архитектуре, которая необходима ей в настоящее время. Возможно даже, что сами категории жизни и разума станут слишком грубыми и неуклюжими для их будущих воплощений, которые потребуют для описания совершенно новых характеристик.

Все подобные рассуждения основываются, разумеется, на том предположении, что жизнь и разум не зависят от конкретного физического носителя, такого как клетка, тело и мозг, но представляют собой набор взаимосвязанных процессов. До сих пор изучение жизненных процессов монополизировано биологией, но это, возможно, отражает лишь капризы эволюции путем естественного отбора на планете Земля. Если какие-то иные конфигурации базовых частиц смогут корректно реализовать процессы, необходимые для жизни и разума, то такая система тоже будет живой и будет мыслить.

Наш подход здесь заключается в том, чтобы занять самую общую позицию и рассмотреть вероятность того, что даже в отсутствие сложных атомов и молекул может существовать какая-то разновидность мыслящего сознания. Поэтому мы зададимся следующим вопросом: если считать единственным, но абсолютно непоколебимым ограничением то, что процесс мышления полностью подчиняется законам физики, то будет ли мысль существовать бесконечно?

Будущее мысли

Может показаться, что анализ будущего мысли — классическое проявление гордыни. Из личного опыта каждый из нас знает, что такое мыслить, но, как стало ясно в главе 5, строгая наука о сознании и разуме сегодня делает только первые шаги. В науке о движении мы прошли путь от Ньютоновых законов до совершенно непохожих на них законов Шредингера менее чем за три столетия, как же мы можем надеяться сказать что-нибудь значимое о будущем мысли на интервалах времени, в составе которых и миллиард веков едва заметен?

Этот вопрос вновь выводит на первый план одну из наших центральных тем. Вероятно, Вселенную нужно рассматривать со множества самых разных точек зрения. Полученные в результате объяснения, каждое из которых отвечает на свои вопросы, должны в конечном итоге быть объединены в согласованный нарратив, но в некоторых из этих историй вы можете разобраться, даже имея ограниченные знания о многих других. Ньютон не имел ни малейшего понятия о квантовой физике, однако успешно построил представление о движении того рода, которое мы встречаем на повседневных масштабах. Когда появилась квантовая физика, теория Ньютона не была отброшена. Она подверглась обновлению. Квантовая механика обеспечила новый фундамент, углубивший возможности науки и снабдивший Ньютонову теорию свежей интерпретацией.

Очень может быть, что сегодняшние математические рассуждения о будущем разума окажутся ошибочными. В конце концов, если вы не изучали углубленно историю физики и философии, вы, вероятно, никогда не слышали об энтелехии и теории движения Аристотеля или о теории зрения Эмпедокла, согласно которой в зрачке горит что-то вроде фонарика. При исследованиях мы, люди, понимаем кое-что — да что там говорить, очень многое — совершенно неправильно. Но, как в случае с Ньютоновой физикой, существует и вероятность того, что когда-нибудь подобные рассуждения о разуме будут рассматриваться как часть более широкой картины. Именно в таком аспекте, с рациональным и умеренным оптимизмом, мы рассматриваем далекое будущее мысли.

В 1979 г. Фримен Дайсон написал провидческую статью о далеком будущем жизни и разума[303]. Мы будем вплотную следовать за ним, добавляя разве что более свежие теоретические достижения и астрономические наблюдения. Подход Дайсона, довольно близко напоминающий все то, о чем шла речь на этих страницах, включает в себя физикалистский взгляд на сознание; акт мышления он считает физическим процессом, полностью укладывающимся в рамки физических законов. А поскольку мы получили уже некоторое представление о том, как Вселенная в общем и целом будет развиваться в далеком будущем, мы можем попробовать разобраться, останется ли в этом будущем гостеприимное местечко для мысли и разума.

Задумаемся для начала о человеческом мозге. Среди прочих его качеств отметим то, что наш мозг горяч. Он непрерывно поглощает энергию, которой вы его обеспечиваете, когда едите, пьете и дышите; в нем протекает множество физико-химических процессов, изменяющих его детальную конфигурацию (химические реакции, молекулярные перестановки, движение элементарных частиц и т. п.); кроме того, он выделяет лишнее тепло в окружающую среду. Когда мозг думает (и делает все остальное, что положено мозгу), он реализует на практике последовательность событий, впервые встреченную нами в главе 2, когда мы анализировали паровой двигатель. Примерно как в представленной там схеме, теплота, которую мозг выпускает в окружающую среду, уносит с собой энтропию, которую он поглощает, а также генерирует сам в процессе работы.

Если паровой двигатель по какой бы то ни было причине не может избавляться от накопленной энтропии, рано или поздно он перегреется и откажет. Такая же судьба будет ожидать мозг, если он по какой-то причине не сможет избавляться от энтропийных отходов, которые его функционирование непрерывно производит. А мозг, который отказывает, — это мозг, уже не способный мыслить. В этом кроется потенциальная проблема для долговечности мысли, основанной на мозге. По мере того как Вселенная в своем развитии уходит все дальше в будущее, сохранит ли мозг способность сбрасывать вовне паразитную теплоту, которую производит?

Никто не ждет, что человеческий мозг станет постоянно присутствовать в окружающей действительности, когда мы будем подниматься от дня сегодняшнего на все более высокие этажи. Конечно, к тому моменту, когда мы взберемся достаточно высоко, чтобы атомы начали распадаться на более фундаментальные частицы, сложные молекулярные соединения любого сорта будут встречаться все реже и реже. Но диагностическое требование — способность сбрасывать лишнюю теплоту — настолько фундаментально, что применимо к любой конфигурации любого рода, осуществляющей процесс мышления. Так что ключевой вопрос состоит в том, способна ли такая сущность — назовем ее Мыслителем — независимо от того, как она устроена и из чего сделана, сбрасывать вовне теплоту, которую ее мыслительный процесс непременно производит. Если Мыслитель не способен это делать, он перегреется и сгорит в собственных энтропийных отходах. И если ограничения, налагаемые физическими законами в расширяющейся Вселенной, предписывают, что каждый Мыслитель, где бы он ни находился, рано или поздно обречен на неудачу в решении обязательной задачи — сброса энтропии, будущее мысли как таковой окажется под угрозой.

Таким образом, чтобы оценить будущее мысли, нам необходимо разобраться в ее физике. Сколько энергии требуют раздумья Мыслителя и сколько энтропии производит процесс мышления? С какой скоростью Мыслитель должен сбрасывать паразитное тепло и с какой скоростью Вселенная может его поглощать?

Думать медленно

Ранее, в главе 2, я подчеркивал, что энтропия считает число перестановок микроскопических составляющих физической системы — ее частиц, которые «выглядят практически одинаково». При анализе Мыслителя есть один особенно полезный способ еще раз сказать об этом. Если некая система обладает низкой энтропией, то конфигурация ее частиц относится к одному из достаточно редких вариантов — у нее относительно немного двойников. Следовательно, если я скажу вам, какую именно конфигурацию из возможных вариантов система на самом деле реализует, я дам лишь небольшое количество информации. Аналогично, выбрав одну конкретную банку томатного супа «Кэмпбелл» на полупустой полке магазина, я выделю эту конкретную конфигурацию частиц лишь среди небольшого числа других возможных конфигураций. С другой стороны, если система обладает высокой энтропией, то конфигурация ее частиц принадлежит к очень большой группе неразличимых конфигураций — это одна из огромного множества двойников. Следовательно, если я скажу вам, какую именно конфигурацию из этих возможных вариантов система на самом деле реализует, я дам вам целую кучу информации. Так, выбрав ту самую банку супа на страшно переполненной полке магазина, я выделю эту конкретную конфигурацию из огромного множества возможных вариантов. Так что для системы с низкой энтропией конфигурация ее частиц имеет низкое информационное наполнение; напротив, для системы с высокой энтропией конфигурация ее частиц имеет высокое информационное наполнение.

Связь между энтропией и информацией очень важна, ведь независимо от того, где протекает мышление (в человеческом мозге или в абстрактном Мыслителе), мыслить — значит обрабатывать информацию. Поэтому связь «информация — энтропия» говорит нам, что обработку информации — функцию мышления — можно описать так же, как обработку энтропии. А поскольку, как вы, может быть, помните из главы 2, обработка энтропии — перемещение энтропии из одной точки в другую — требует переноса теплоты, мы получаем совмещение трех концепций: мысли, энтропии и теплоты. Дайсон воспользовался математической версией связей между ними, чтобы численно оценить количество теплоты, которое должен сбрасывать Мыслитель в зависимости от количества мыслей, которые он думает. (Для склонных к математике: формулу можно найти в примечаниях[304].) Большое количество мыслей подразумевает, что сбрасывать нужно много теплоты. Меньше мыслей — меньше теплоты необходимо сбрасывать.

Далее, чтобы питать свои раздумья, Мыслитель должен извлекать энергию из окружающей среды. А поскольку теплота сама по себе есть форма энергии, количество энергии, которую вбирает в себя Мыслитель, должно быть по крайней мере не меньше количества тепла, которое он должен сбрасывать. Входящая энергия обладает более высоким качеством (и может быть без труда использована Мыслителем), чем исходящая теплота (которая представляет собой отходы и потому будет рассеиваться), но Мыслитель не может сбрасывать больше, чем поглощает. Так что расчет Дайсона определяет минимальное количество высококачественной энергии, которое Мыслителю необходимо получить из окружающей среды, и таким образом дает количественную оценку проблемы: по мере того как звезды выгорают, планетные системы разрушаются, галактики рассыпаются, вещество распадается, а Вселенная расширяется и остывает, Мыслитель столкнется со все более сложной задачей собирания концентрированной высококачественной низкоэнтропийной энергии, необходимой ему для дальнейших раздумий. Ресурсов будет становиться меньше, и Мыслителю нужно будет выработать эффективную стратегию использования ресурсов и избавления от отходов — подробный план поглощения низкоэнтропийной энергии и сбрасывания высокоэнтропийной теплоты. Попробуем, вслед за Дайсоном, предложить такой план.

В качестве первого шага сделаем разумное предположение о том, что скорость внутренних процессов Мыслителя, какими бы они ни были, растет с температурой самого Мыслителя[305]. При более высоких температурах частицы движутся быстрее, так что Мыслитель думает стремительнее, поглощает энергию живее и отходы накапливает тоже быстрее. При более низких температурах все процессы замедляются. Столкнувшись с тем, что Вселенная расширяется, остывает и постепенно сходит на нет, Мыслитель, жаждущий думать как можно дольше, вынужден будет сосредоточиться на сохранении и предпочесть долгое медленное горение быстрой интенсивной вспышке. Поэтому мы посоветовали бы Мыслителю брать пример со Вселенной: с течением времени Мыслитель должен будет непрерывно понижать свою температуру, замедлять мышление и снижать скорость, с которой он потребляет все убывающий запас высококачественной энергии Вселенной.

Поскольку Мыслитель только мыслит, а больше ничего не делает, перспектива мыслить медленнее представляется не особенно симпатичной. Утешим Мыслителя. «Вы думаете об этом совершенно неверно, — скажем мы Мыслителю. — Поскольку все ваши внутренние процессы замедлятся одинаково, ваши субъективные переживания совершенно не изменятся. Вы не заметите никаких перемен в своем мышлении. Возможно, вы заметите, что различные процессы вокруг, кажется, начинают идти быстрее, но ваши мысли, в вашем восприятии, будут работать с обычной живостью». Мыслитель с облегчением соглашается следовать этой стратегии, но высказывает одно сомнение: «Если я последую этому совету, смогу ли я думать новые мысли вечно?»

Это и есть центральный вопрос, поэтому мы ожидали, что Мыслитель его задаст. И мы готовы к этому. Математика показывает, что как у автомобиля потребление горючего в расчете на расстояние становится тем лучше, чем медленнее он едет, так и у Мыслителя потребление энергии в расчете на мысль становится тем лучше, чем медленнее он думает. То есть мышление Мыслителя при более низких температурах становится все более эффективным. По этой причине Мыслитель может на самом деле думать бесконечное число мыслей и при этом нуждаться лишь в конечном количестве энергии (примерно как сумма бесконечного ряда, такого как 1 + ½ + ¼ +…, может равняться конечному числу, в данном случае двум). Мы радостно сообщаем Мыслителю результат: «Следуя нашему плану, вы не только сможете мыслить вечно, вы сможете делать это с минимальными затратами энергии!»[306]

Обрадовавшись, счастливый Мыслитель уже собирается претворить план в действие. Но тут нас ждет неожиданная засада. У математики есть еще одно досадное следствие, о котором мы до сих пор не вспоминали. Примерно как остывшая чашка кофе выделяет в окружающий мир меньше тепла, чем горячая, так и Мыслитель: чем холоднее он становится, тем менее способен высвобождать лишнее тепло, которое вырабатывают его раздумья. «Вы почти ничего не знаете обо мне, — напоминает нам Мыслитель: так что вы, пожалуй, будьте поосторожнее, прежде чем распространять слухи о моих проблемах со сбросом теплоты». Замечание принято. Но в этом-то на самом деле и заключается прелесть расчета. Для рассуждений достаточно предположить, что Мыслитель подчиняется известным законам физики и состоит из элементарных частиц, таких как электроны. Так что анализ носит совершенно общий характер. Нам не нужно ничего знать о подробностях физиологии или об устройстве Мыслителя, чтобы прийти к выводу: в какой-то момент с понижением температуры Мыслителя скорость, с которой он может сбрасывать энтропию, станет меньше скорости, с которой он эту энтропию производит. Поняв это, нам остается лишь сообщить новость Мыслителю: «Хотя думать при все более низких температурах необходимо как для увеличения продолжительности процесса мышления, так и для того, чтобы нужное для этого количество энергии оставалось конечным, наступит момент, когда ваша энтропия будет накапливаться быстрее, чем вы можете от нее избавляться. И после этого, если вы попытаетесь мыслить и дальше, вы сгорите в собственных своих мыслях»[307].

Прежде чем удрученный Мыслитель успевает до конца продумать сказанное, один из членов нашей команды предлагает выход: гибернация. Мыслителю нужно периодически прекращать думать — выключать сознание и засыпать, — останавливая на время генерацию энтропии, но продолжая сбрасывать вовне накопленные тепловые отходы. Если перерыв в размышлениях будет достаточно длинным, то при пробуждении окажется, что Мыслитель уже избавился от всех отходов и выгорание ему пока не грозит. А поскольку в промежутке Мыслитель не будет думать, то после пробуждения он даже не заметит паузы. Ободренные этим решением, которое первым предложил Дайсон в своей основополагающей статье, мы уверяем Мыслителя, что в таком ритме мысль может продолжаться вечно.

Но так ли это на самом деле?

Заключительная мысль о мысли

Особенно важны для этой стратегии два открытия, сделанных после публикации статьи Дайсона. Одно из них проясняет связь между актом мышления и производством энтропии, что слегка меняет интерпретацию результата. Второе учитывает ускоренное расширение пространства, которое потенциально способно полностью зарубить наш вывод, поместив мысль точно в перекрестие энтропийного прицела.

Начнем с новой интерпретации. В основе рассуждений Дайсона лежит то, что акт мышления неизбежно производит теплоту. Чтобы осмыслить это, я припомнил, что мысль связана с информацией, информация связана с энтропией, а энтропия связана с теплотой. Но это тонкие связи, и последующие открытия, в основном из области информатики, показывают, что существуют хитроумные способы элементарной обработки информации — скажем, сложение двух единиц с получением двойки — без всякой убыли в энергии[308]. Считая, что мысль и вычисление одного поля ягоды, Мыслитель, воспользовавшись подобной стратегией, вообще не будет производить никаких отходов.

Тем не менее аналогичные рассуждения из области информатики показывают, что тот вариант связи «мысль — энтропия — теплота», на котором был основан наш первоначальный анализ, все же остается нетронутым, просто обретает немного иной оттенок. Результаты показывают, что если компьютер стирает что-то из своей памяти, то при этом обязательно возникают тепловые отходы. (Вспомните, что тепловые отходы, как правило, возникают в ходе труднообратимых процессов, таких как разбитие стекла; после стирания данных трудно отменить проведенный расчет, так что не особенно удивительно, что при стирании вырабатывается тепло.)[309] Принимая все это во внимание, наш совет Мыслителю требуется всего лишь слегка подправить. Мыслитель может думать без необходимости сбрасывания теплоты при условии, что он никогда не будет стирать воспоминания. Но сам Мыслитель конечен, поэтому и емкость памяти у него будет конечной — и рано или поздно его память заполнится до предела. Когда это произойдет, все, что останется делать Мыслителю, — это тасовать информацию, зафиксированную в его памяти, и бесконечно пережевывать старые мысли; пожалуй, это не тот вариант бессмертия, который выбрало бы большинство из нас. Если Мыслителю нужно творческое начало, способность думать новые мысли, закладывать новые воспоминания, исследовать новую интеллектуальную территорию, ему придется разрешить стирание информации, производя таким образом тепло и вновь переводя нас в ситуацию, которую мы обсуждали в предыдущем разделе, к рекомендованной там стратегии гибернации.

Вторая идея, пожалуй, еще важнее. Открытие, согласно которому расширение пространства ускоряется, поднимает новое и, возможно, непреодолимое препятствие для вечной мысли[310]. Если, как позволяют предположить сегодняшние данные, ускоренное расширение будет продолжаться беспрепятственно, то, как мы уже видели на 12-м этаже, отдаленные галактики исчезнут с неба, как будто упадут со скалы на краю пространства. То есть мы окружены отдаленным сферическим горизонтом, который отмечает границу того, что мы хотя бы в принципе можем видеть. Все более далекие объекты удаляются от нас за космологический горизонт со скоростями, превышающими скорость света, поэтому любой свет, излученный ими, никогда до нас не дойдет.

Вы можете представить себе далекий космологический горизонт как громадную мерцающую сферу, напоминающую сферический набор далеких инфракрасных ламп, обеспечивающих фоновую температуру в пространстве. Я объясню, почему это так, в следующей главе (это тесно связано с физикой черных дыр, у которых, как установил Стивен Хокинг, тоже есть мерцающие горизонты), а здесь позвольте подчеркнуть, что температура от светящегося космологического горизонта полностью отличается от микроволновой фоновой температуры в 2,7 К, оставшейся от Большого взрыва (реликтового излучения). Со временем микроволновая фоновая температура продолжит опускаться, приближаясь к абсолютному нулю, по мере того как пространство будет расширяться, а микроволновое излучение — рассеиваться и снижать интенсивность. Температура, возникающая от космологического горизонта, ведет себя иначе. Она постоянна. Это крохотная температура — если судить по измеренной скорости ускоренного расширения, она составляет примерно 10–30 К, — но она долговечна. А в конечном итоге долговечность имеет значение.

Теплота спонтанно перетекает только от более горячих тел к более холодным. Когда температура Мыслителя выше температуры Вселенной, он имеет возможность излучать свое лишнее тепло в пространство. Но, если бы температура Мыслителя опустилась ниже температуры пространства, тепло потекло бы в обратном направлении — из пространства в Мыслителя, мешая ему сбрасывать свои тепловые отходы. Из этого следует, что гибернационная стратегия обречена на неудачу. Поскольку Мыслитель продолжает снижать свою температуру (напомню, это позволяет ему продолжать мыслить до бесконечности на конечном энергетическом бюджете), рано или поздно она достигнет крохотной величины 10–30 К. В этот момент игра закончится. Вселенная перестанет принимать его тепловые отходы. Еще одна мысль (или, точнее говоря, еще одно стирание) — и Мыслитель поджарится.

Этот вывод опирается на предположение о том, что ускоренное расширение пространства будет продолжаться без изменений. Никто не знает, так ли будет на самом деле. Ускорение может увеличиться, толкая нас к Большому разрыву и дополнительно ухудшая перспективы жизни и мысли. Или оно может уменьшиться. Это устранило бы космологический горизонт, выключило далекие инфракрасные лампы и позволило температуре Вселенной снижаться вечно. Как показали физики Уилл Кинни и Кэти Фриз, такая космологическая возможность восстановила бы первоначальный оптимизм Дайсона, позволив Мыслителю, строго следующему гибернационной схеме, продолжать мыслить бесконечно долго[311].

Я далек от того, чтобы еще ослаблять и без того слабый лучик надежды на будущее мысли, но полезно вкратце вспомнить, как обстоят дела. Вся наша цепочка рассуждений выкована из оптимизма. Мы считаем, что во Вселенной, где нет, возможно, ничего, начиная от звезд и планет и заканчивая молекулами и атомами, может все же существовать Мыслитель. Хотя вокруг будут летать стабильные элементарные частицы, такие как электроны, нейтрино и фотоны, требуется все же весьма оптимистичное воображение, чтобы представить себе, что можно их собрать и сделать из них мыслящую структуру. И все же, чтобы сохранить максимально открытый взгляд, мы предположили, что такую сущность можно сформировать. И безусловно, отрадно узнать, что если Вселенная расширяется нужным нам способом, то существует по крайней мере шанс, что такие Мыслители смогут мыслить бесконечно. Тем не менее трудно избежать вывода, что будущее мысли сомнительно.

В самом деле, если ускоренное расширение не замедляется, наступит момент, когда мысль исчезнет. Наши представления слишком грубы для точных предсказаний, но подстановка приближенных чисел в уравнения позволяет предположить, что это может произойти в следующие 10^50 лет. Большим неизвестным, как мы отмечали в самом начале, является то, сможет ли разумная жизнь вмешаться в развертывание космоса, влияя, быть может, на эволюцию звезд и галактик, используя пока не открытые источники высококачественной энергии или даже контролируя скорость расширения пространства. Из-за сложности разума его влияние невозможно учесть сколько-нибудь достоверно — именно поэтому я решил полностью обойти его вниманием. Так что, оставляя разумное вмешательство в стороне и строго придерживаясь второго начала термодинамики, мы делаем вывод, что к тому времени, когда мы взберемся на 15-й этаж, Вселенная, очень может быть, уже простится со своей последней мыслью.

По сравнению с большинство мерок, с которыми приходилось иметь дело человеку, 10^50лет — это чертовски много. Этот промежуток времени может вместить интервал, разделяющий момент Большого взрыва и сегодняшний день, более чем миллиард миллиардов миллиардов миллиардов раз. Однако, если оценивать по временной шкале, скажем, 75-го этажа, 10^50 лет — это краткий миг, намного, несравнимо меньше, чем ощущаемая нами задержка между щелчком выключателя настольной лампы и моментом, когда ее свет достигает наших глаз. И конечно, если наша Вселенная вечна, то любой сколь угодно долгий промежуток времени пренебрежимо мал по сравнению со временем ее жизни. Космологическое описание, изложенное с позиции подобных масштабов, выглядело бы примерно так: мгновение спустя после Большого взрыва возникла жизнь, какое-то короткое время она обдумывала собственное существование в безразличном космосе и вскоре рассеялась. Это своеобразная космическая версия жалобы Поццо, с которой он набрасывается на остальных ожидающих Годо: «Они рожают верхом на могиле, мгновение сверкает день, потом снова ночь»[312].

Кому-то такое будущее покажется мрачным. Именно таким его, безусловно, видел Бертран Рассел, с оценкой которого мы познакомились в главе 2, несмотря на более рудиментарные представления, характерные для середины XX в. Я вижу все это иначе. Для меня будущее, каким его представляет сегодня наука, лишний раз подчеркивает, насколько редко, чудесно и драгоценно наше мгновение мысли, наш миг света.

10

Сумерки времени

Кванты, вероятность и вечность

Долгое время после завершения мысли, когда во Вселенной уже не останется думающих существ, которые могли бы это заметить, законы физики будут продолжать заниматься тем, чем они занимались всегда, — определять и развертывать реальность. И через это законы проявят глубочайшую реальность: квантовая механика и вечность образуют мощный союз. Квантовая механика — своеобразный «мечтатель с горящими глазами», разрешающий множество самых разных вариантов будущего, но сдерживающий при этом свое буйное воображение тем, что присваивает определенную вероятность каждому исходу. На знакомых нам масштабах времени мы спокойно можем не обращать внимания на те исходы, квантовые вероятности которых так фантастически малы, что нам пришлось бы ждать гораздо больше времени, чем составляет нынешний возраст Вселенной, прежде чем у нас появился бы разумный шанс с ними столкнуться. Но на масштабах времени столь громадных, что по сравнению с ними возраст Вселенной исчезающе мал, многие возможности, которые мы прежде могли просто отбросить, тоже требуют рассмотрения. И если для времени действительно не существует конечной даты, то любые исходы, не запрещенные настрого квантовыми законами, — от знакомых до очень странных, от обычных до невероятных — могут быть спокойны: рано или поздно они получат свое мгновение славы[313].

В этой главе мы рассмотрим несколько таких редких космологических процессов; они никуда не спешат и просто ждут, когда их похлопают по плечу и пригласят выйти на сцену реальности.

Разрушение черных дыр

В середине XX в. физики, сыгравшие решающую роль в завершающих эпизодах Второй мировой войны, пользовались заметным влиянием. Основными областями исследований были ядерная физика и физика элементарных частиц, работа в которых, по словам Фримена Дайсона, наделяла ученых едва ли не Божественной властью «высвобождать энергию, которая питает звезды, чтобы поднять в небо миллион тонн камня»[314]. Напротив, общая теория относительности рассматривалась обществом как нишевая дисциплина, уже миновавшая пору своего расцвета. Изменить такое положение дел суждено было физику Джону Уилеру. Вклад Уилера в ядерную и квантовую физику был значителен, но сам он испытывал особый интерес к общей теории относительности. Кроме того, он обладал необыкновенной способностью заражать других своим энтузиазмом. В следующие десятилетия Уилер сумел объединить нескольких самых искусных физиков мира, которые вместе с ним вновь сделали общую теорию относительности живой и активной областью научных исследований.

Черные дыры завораживали Уилера. Согласно общей теории относительности, любой объект, упавший внутрь черной дыры, уже не может выйти наружу. Он пропадает. Навсегда. Продумывая этот принцип в начале 1970-х гг., Уилер наткнулся на загадку, о которой рассказал своему студенту Яакову Бекенштейну. Черные дыры предлагали, кажется, готовую стратегию нарушения второго начала термодинамики. Возьмем чашку горячего чая, рассуждал Уилер, и бросим ее в черную дыру. Куда при этом денется энтропия чая? Поскольку внутренность черной дыры совершенно недоступна, с точки зрения тех, кто находится снаружи, горячий чай вместе со своей энтропией просто исчез. Уилера беспокоило, что сброс энтропии в черную дыру давал, кажется, надежный способ нарушить при желании второе начало.

Через несколько месяцев после того разговора Бекенштейн вернулся к Уилеру с решением. Энтропия чая не пропадает, заявил он. Эта энтропия просто передается черной дыре. Примерно так же, как вашей руке, схватившейся за горячую сковородку, передается часть ее энтропии, так же, по мысли Бекенштейна, любой объект, падающий в черную дыру, передает свою энтропию самой дыре.

Это естественное решение, и в голову Уилера эта мысль тоже приходила[315]. Однако рассуждения в этом направлении сразу же наталкиваются на проблему. Энтропия, как мы видели, считает число перестановок составляющих элементов системы, при которых сама она остается «практически такой же с виду». Или, точнее говоря, энтропия считает различные конфигурации микроскопических составляющих системы, совместимые с ее заданным макроскопическим состоянием. Если чай передает свою энтропию черной дыре, эта энтропия должна проявиться через увеличение числа внутренних конфигураций черной дыры, не влияющих на ее макроскопические свойства.

Итак, вот проблема: в конце 1960-х и начале 1970-х гг. физики Вернер Израэль и Брэндон Картер воспользовались уравнениями общей теории относительности, чтобы показать, что черная дыра полностью определяется всего тремя числами: массой черной дыры, ее моментом импульса (как быстро она вращается) и ее электрическим зарядом[316]. Стоит вам измерить эти макроскопические параметры, и у вас есть вся информация, необходимая для полного описания черной дыры. Это означает, что любые две черные дыры с одинаковыми макроскопическими свойствами — с одинаковой массой, одинаковым моментом импульса и одинаковым электрическим зарядом — идентичны до последних деталей. Так что в отличие от набора монет, в котором, если сказать, что 38 из них легли орлом, а 62 — решкой, это оставит нам свободу для миллиардов и миллиардов различных конфигураций, и в отличие от контейнера с паром, для которого определить объем, температуру и давление означает разрешить поистине колоссальное число различных конфигураций молекул, — когда дело доходит до черных дыр, то определение массы, момента импульса и электрического заряда жестко указывает на одну и только одну конфигурацию. Поскольку не нужно ни считать другие конфигурации, ни перечислять похожие случаи, может показаться, что черные дыры вообще не несут в себе энтропии. Бросьте внутрь чашку чая, и ее энтропия, судя по всему, исчезнет. При столкновении с черной дырой второе начало термодинамики, похоже, капитулирует.

Бекенштейна такой вариант совершенно не устраивал. Черные дыры, заявил он, обладают энтропией. Более того, когда что-то падает внутрь, энтропия черной дыры увеличивается ровно настолько, чтобы мир мог не беспокоиться о нарушении второго начала. Чтобы ухватить суть рассуждений Бекенштейна, для начала обратите внимание, что, когда что-то падает в черную дыру, масса этого чего-то не пропадает. Каждый, кто изучал общую теорию относительности и понял ее, согласится, что всякий объект, падающий в черную дыру, увеличивает ее массу. Чтобы представить себе визуально этот процесс, нарисуйте горизонт событий черной дыры — сферическую поверхность, определяющую ее границу и отмечающую рубеж, после которого возвращение невозможно. Математика показывает, что радиус горизонта событий пропорционален массе черной дыры: чем меньше масса, тем меньше горизонт, и наоборот. Если вы бросаете что-нибудь внутрь, масса черной дыры увеличивается, так что следует представить, что и горизонт увеличивается. Черная дыра питается, и ее сферическая талия полнеет.

Следуя духу подхода Бекенштейна[317], представьте теперь, что вы бросаете в черную дыру специальный зонд, спроектированный так, чтобы с его помощью можно было посмотреть, как черная дыра отзывается на энтропию. Для этого мы приготовим единичный фотон с длиной волны настолько большой, то есть точки его возможного местонахождения так разбросаны в пространстве, что, когда он встретится с черной дырой, самое точное описание результата встречи, какое мы сможем дать, будет выражено одной-единственной единицей информации: фотон либо упал в черную дыру, либо нет. Мы специально сделали так, чтобы положение фотона было настолько туманным, что в случае его захвата черной дырой мы не могли дать более точное описание — в частности, мы не могли бы сказать, что фотон проник в черную дыру через данную конкретную точку на горизонте событий. Такой фотон несет на себе одну единицу энтропии, так что мы получаем возможность проверить математически, как реагирует черная дыра на съедение блюда с единичной энтропией.

Поскольку наш фотон обладает энергией и поскольку энергия и масса — это две стороны одной и той же монеты Эйнштейна (из формулы Е = mc^2), если черная дыра съедает фотон, ее масса слегка увеличивается, а горизонт событий слегка расширяется. Но суть в деталях. Бекенштейн заметил принципиально важную закономерность: бросая в черную дыру единицу энтропии, мы увеличиваем ее горизонт событий на единицу площади (эта так называемая квантовая единица площади, или планковская площадь, составляет примерно 10-70 м^2)[318]. Бросьте внутрь две единицы энтропии — и площадь поверхности увеличится на две единицы площади. И так далее. Таким образом, создается впечатление, что площадь поверхности горизонта событий черной дыры отслеживает величину поглощенной дырой энтропии. Бекенштейн построил на этой закономерности гипотезу: полная энергия черной дыры задается полной площадью ее горизонта событий (измеренной в планковских единицах). Именно эту новую идею Бекенштейн изложил Уилеру.

Бекенштейн не мог объяснить удивительную связь между энтропией черной дыры и ее внешней поверхностью, ее горизонтом событий; связь эта неожиданна, потому что энтропия обычного объекта, такого как чашка чая, содержится в его внутренней части, в его объеме. Не мог Бекенштейн и объяснить, как его гипотеза соотносится с традиционными взглядами, согласно которым энтропия должна перечислять возможные перестановки микроскопических ингредиентов черной дыры (это положение останется по большей части неприкосновенным до середины 1990-х гг., когда теория струн поможет в нем разобраться). Но как описательное средство его гипотеза предлагала количественный способ спасения второго начала термодинамики. Все исправляется мгновенно: отслеживая полную энтропию, вам нужно подсчитывать не только вклад, который вносят вещество и излучение, но и вклад от черных дыр. Бросание чашек чая в черную дыру снижает энтропию на вашем обеденном столе, но если вы подсчитаете увеличение площади поверхности горизонта событий черной дыры, то поймете, что снижение энтропии, которое вы наблюдаете дома, компенсируется увеличением энтропии в самой черной дыре. Предложив алгоритм включения черных дыр в общий энтропийный учет, Бекенштейн, по существу, «реанимировал» второе начало, позволив ему вновь ходить с высоко поднятой головой.

Стивен Хокинг, узнав о предположении Бекенштейна, счел его нелепым. Многие другие физики были настроены так же. Черные дыры, полностью определяемые всего тремя числами и состоящие по большей части из пустоты (все, что падает в черную дыру, неумолимо притягивается к ее центральной сингулярности), имели репутацию крайней простоты. Считалось, грубо говоря, что черные дыры не могут нести в себе беспорядок, потому что внутри их нет ничего, что могло бы пребывать в беспорядке. Возглавив противников гипотезы Бекенштейна, Хокинг занялся собственными вычислениями с использованием тонкой комбинации математических методов общей теории относительности и квантовой механики; он полагал, что расчеты быстро покажут ошибочность рассуждений Бекенштейна. Вместо этого расчеты привели Хокинга к выводу настолько шокирующему, что ему потребовалось некоторое время на то, чтобы его принять. Анализ Хокинга не только подтвердил выводы Бекенштейна, но и вскрыл дополнительные сюрпризы: черные дыры имеют температуру и светятся. Они излучают. Черные дыры черны только по названию. Или, точнее говоря, черные дыры черны, только если проигнорировать квантовую физику.

Приведем краткое изложение сути рассуждений Хокинга.

Согласно квантовой механике, в любой крохотной области пространства всегда происходит квантовая активность. Даже если эта область пространства кажется пустой и не содержит вроде бы вообще никакой энергии, квантовая теория показывает, что на самом деле ее энергетическое содержание очень быстро колеблется вверх и вниз и выдает нулевую энергию только в среднем. Это квантовые флуктуации того же самого типа, что порождают температурные вариации в реликтовом излучении, о которых мы говорили в главе 3. Через формулу E = mc^2 такие квантовые флуктуации энергии могут также проявляться как квантовые флуктуации массы — в пустом вроде бы пространстве спонтанно возникают пары частиц и соответствующих им античастиц. Это происходит прямо сейчас прямо у вас перед глазами, но, как бы вы ни вглядывались, вам не удастся разглядеть никаких признаков этого. Причина в том, что, согласно постулатам, такие пары «частица — античастица» быстро находят друг друга и аннигилируют, возвращая пространство к его пустому состоянию. Мы можем все же регистрировать косвенные признаки этих эфемерных махинаций, потому что, только включив их в наши расчеты, мы получаем то поразительное согласие между предсказаниями и измерениями, которое вполне оправданно сделало квантовую механику центральным элементом фундаментальной физики[319].

Хокинг вернулся к рассмотрению этих квантовых процессов, но теперь он представил, что происходят они снаружи от горизонта событий черной дыры, совсем рядом. Когда пара «частица — античастица» возникает в такой обстановке, то иногда эти две частицы аннигилируют очень быстро, как это произошло бы в любом другом месте. Но, и это самое главное, Хокинг понял, что в некоторых случаях они не аннигилируют. Может случиться так, что одну из частиц пары затянет в черную дыру. Уцелевшая частица, лишенная теперь партнера, с которым она могла бы аннигилировать (и не забывающая о стоящей перед ней задаче сохранения полного импульса), пускается наутек. А поскольку подобное происходит то и дело в каждой крохотной области пространства по всей поверхности сферического горизонта черной дыры, извне это выглядит так, будто сама дыра излучает частицы во всех направлениях; мы называем это хокинговским излучением.

Более того, согласно расчетам, каждая такая частица, падающая в черную дыру, обладает отрицательной энергией (возможно, это не удивительно, имея в виду, что частица-партнер, убегающая от дыры, обладает положительной энергией, а суммарная энергия должна сохраняться). Когда черная дыра пожирает эти частицы с отрицательной массой, она как будто съедает отрицательные калории, в результате чего ее масса снижается, а не возрастает. Таким образом, если смотреть снаружи, создается впечатление, что черная дыра постепенно сжимается, излучая частицы. Если бы источник излучения не был столь экзотичным, — черная дыра, погруженная в квантовую ванну флуктуирующих частиц, непременно присутствующих в пустом пространстве, — этот процесс казался бы совершенно очевидным, как мерцающий уголек, излучающий фотоны и постепенно выгорающий притом[320].

Точно так же, как растущая черная дыра, что бы она ни поглощала — горячий чай или беспокойные звезды, — полностью подчиняется второму началу термодинамики, то же можно сказать и о сжимающейся черной дыре. Уменьшение площади горизонта событий сжимающейся черной дыры означает снижение ее собственной энтропии, но излучение, испускаемое черной дырой, улетающее наружу и распределяющееся по все более обширному пространству, передает более чем компенсирующий запас энтропии окружающей среде. Знакомая хореография: излучая, черная дыра танцует энтропийный тустеп.

Результат Хокинга сделал это описание математически точным. Помимо многого другого, он открыл точную формулу для температуры светящейся черной дыры. Я дам качественное объяснение результата в следующем разделе (а те, кто интересуется математикой, найдут формулу в примечаниях[321]), но для нас здесь главное то, что температура обратно пропорциональна массе черной дыры. Примерно как взрослые датские доги огромны и отличаются мягким нравом, а собаки породы ши-тцу мелки и вздорны, крупные черные дыры спокойны и прохладны, тогда как мелкие — неистовы и горячи. Некоторые числа, благодаря формуле Хокинга, прекрасно это объясняют. Для крупной черной дыры, такой как в центре нашей Галактики, превосходящей по массе Солнце в 4 млн раз, формула Хокинга дает ничтожную температуру в одну сотую триллионной доли градуса выше абсолютного нуля (10-14 К). Для более мелкой черной дыры с массой порядка массы Солнца температура выше, но тоже далеко не курортная — чуть меньше одной десятой от одной миллионной доли градуса (10-7 К). Крохотная черная дыра массой, скажем, с апельсин сияла бы с температурой около триллиона триллионов градусов (10^24 К).

Черная дыра с массой, превышающей массу Луны, имеет температуру ниже температуры реликтового излучения (2,7 К), пронизывающего в настоящее время космос. При помощи этого любопытного, но бесполезного факта космологической значимости удобно демонстрировать свою эрудицию на светской вечеринке. Поскольку теплота спонтанно перетекает от более высоких температур к более низким, здесь она будет течь из замороженной среды с микроволновым излучением, окружающей черную дыру, к еще более замороженной черной дыре. А черная дыра, хотя и испускает хокинговское излучение, в сумме будет принимать больше энергии, чем высвобождать, и постепенно увеличивать свою массу. Даже самые маленькие черные дыры, открытые до сих пор в ходе астрономических наблюдений, гораздо массивнее Луны, поэтому все они находятся в стадии распухания. Однако по мере дальнейшего расширения Вселенной реликтовое излучение будет становиться все более разреженным, а его температура продолжит снижаться. В далеком будущем, когда фоновая температура пространства упадет ниже температуры какой-то конкретной черной дыры, энергетический маятник качнется обратно; черная дыра станет излучать больше, чем получать, и в результате начнет съеживаться.

В конечном итоге черные дыры тоже исчезнут.

Многие вопросы, касающиеся черных дыр, остаются на переднем плане современных исследований; один из них, очень важный для нашего рассказа, имеет отношение к последним мгновениям существования черной дыры. Когда черная дыра излучает, ее масса снижается и, соответственно, температура растет. Что происходит, когда черная дыра близка к исчезновению, ее масса приближается к нулю, а ее температура взлетает к бесконечности? Она что, взрывается? Или выпускает газ, как шипучка? Или еще как-нибудь? Мы не знаем. Несмотря на вопросы, количественное понимание хокинговского излучения позволило физику Дону Пейджу определить скорость, с которой сжимается заданная черная дыра, и, соответственно, время, которое потребуется ей на полное исчезновение — каким бы ни было ее последнее мгновение[322]. Если взять черную дыру с массой Солнца как пример тех черных дыр, которые формируются из умирающих звезд, результат Пейджа показывает, что приблизительно к 68-му этажу Эмпайр-стейт билдинг, то есть через 1068 после Большого взрыва, такие черные дыры уйдут в излучение.

Разрушение экстремальных черных дыр

Считается, что в центре большинства галактик, если не всех, располагаются сверхмассивные черные дыры. По ходу астрономических обзоров один рекордсмен сменял другого и масса чемпионов приближалась к 100 млрд масс Солнца. Черная дыра такой массы имеет настолько большой горизонт событий, что он протянулся бы от Солнца за орбиту Нептуна, чуть ли не до облака Оорта. Даже если вы плохо представляете себе, кто такой Оорт и что у него за далекое облако, имейте просто в виду, что солнечному свету требуется более 100 часов, чтобы добраться туда, так что речь идет о черной дыре монструозных размеров. Но, как я сейчас объясню, громадные размеры таких черных дыр дают неверное представление об их мирном нраве.

Исходя из общей теории относительности, рецепт строительства черной дыры чертовски прост: нужно собрать сколько угодно массы и сформировать из нее шар достаточно маленького размера[323]. Конечно, даже поверхностное знакомство с черными дырами заставит вас ожидать, что «достаточно маленький» здесь означает по-настоящему маленький, очень-очень маленький, маленький до нелепости. И в некоторых случаях это верно. Чтобы превратить грейпфрут в черную дыру, вам пришлось бы сжать его до 10-25см в поперечнике; чтобы превратить в черную дыру Землю, вам пришлось бы сжать ее примерно до 2 см в поперечнике; для Солнца этот размер составит примерно 6 км в поперечнике. Каждый из этих примеров требует фантастически сильного сжатия вещества, что вносит свой вклад в широко распространенное мнение о том, что для формирования черной дыры нужны потрясающие плотности. Но если бы вы продолжили для составления каталога брать примеры, намного превосходящие массой Солнце, и сосредоточились бы на формировании все более крупных черных дыр, вы заметили бы закономерность, которая, возможно, удивила бы вас.

По мере возрастания количества вещества, используемого для создания черных дыр, требуемая плотность, до которой это вещество необходимо сжать, снижается. Если вы позволите употребить пару математических аргументов, это сразу же станет очевидно: поскольку радиус горизонта событий черной дыры пропорционален ее массе, объем черной дыры пропорционален кубу массы, так что ее средняя плотность — отношение массы к объему — падает пропорционально квадрату массы. Увеличьте массу вдвое, и плотность упадет вчетверо; увеличьте массу в тысячу раз, и плотность упадет в миллион раз. Но оставим математику в стороне, качественный смысл в том, что при формировании черной дыры чем больше масса, тем меньше эту массу необходимо сжимать. Чтобы создать такую черную дыру, как та, что находится в центре Млечного Пути (ее масса примерно в 4 млн раз больше массы Солнца), вам потребуется вещество, плотность которого примерно в 100 раз превосходит плотность свинца, так что сдавливать все-таки придется довольно серьезно. При образования черной дыры массой в 100 млн солнечных необходимая плотность падает практически до плотности воды. А для черной дыры массой в 4 млрд солнечных достаточно плотности вещества, сравнимой с плотностью воздуха, которым вы сейчас дышите. Соберите в одном месте воздух в количестве 4 млрд масс Солнца, и, в отличие от случая с грейпфрутом, Землей или Солнцем, для создания черной дыры вам вообще не потребуется сжимать воздух. Гравитация, действующая на этот воздух, образует черную дыру самостоятельно.

Я не утверждаю, что воздушные шарики — это реалистичное сырье для создания сверхмассивных черных дыр, но тот факт, что черная дыра, весящая в 4 млрд раз больше Солнца, имела бы среднюю плотность, равную плотности воздуха, замечателен сам по себе и отлично иллюстрирует то, как свойства черных дыр могут отличаться от популярных представлений о них[324]. Если оценивать по массе и размеру, такие черные дыры — настоящие гиганты, но, если судить по средней плотности, они мягкие и нежные, что делает их нежными гигантами. В этом смысле более крупные черные дыры менее экстремальны, чем более мелкие, и это позволяет нам интуитивно понять открытие Хокинга, согласно которому чем массивнее черная дыра, тем ниже ее температура и тем ниже ее свечение.

Таким образом, продолжительность жизни крупной черной дыры выигрывает от двух связанных между собой факторов: у нее больше масса, которую можно излучать, и, поскольку ее температура ниже, излучает она эту массу медленнее. Подставляя числа в уравнения, находим, что черная дыра с массой примерно в 100 млрд раз больше массы Солнца будет съеживаться настолько не спеша, что последнее свое излучение она испустит, только когда мы доберемся до верхнего, 102-го этажа Эмпайр-стейт-билдинг, и только тогда она по-настоящему станет черной[325].

Конец времени

Вглядываясь во Вселенную со 102-го этажа, мы мало что увидим, кроме рассеянного тумана частиц, носящихся по пространству. Иногда притяжение между электроном и его античастицей, позитроном, стягивает их по сходящейся спиральной траектории все ближе и ближе друг к другу, пока они не аннигилируют в крохотной вспышке — точке света, пронзающей на мгновение тьму. Если темная энергия иссякла и стремительное расширение пространства ослабло, очень возможно, что частицы могут аккумулироваться во все более крупные черные дыры, которые будут излучать все медленнее, получая все более долгую жизнь. Но если темная энергия никуда не делась, ускоренное расширение будет разгонять частицы в разные стороны все быстрее и быстрее, гарантируя, что они почти никогда — а может, и совсем никогда — не будут встречаться между собой. Интересно, что условия при этом станут напоминать условия вскоре после Большого взрыва, когда пространство тоже было населено отдельными частицами.

Разница в том, что в ранней Вселенной частицы располагались настолько плотно, что гравитация с легкостью собирала их в структуры, такие как звезды и планеты, тогда как в поздней Вселенной частицы настолько рассеяны, а ускоряющееся расширение пространства настолько неумолимо, что собирание в сгустки будет чрезвычайно маловероятно. Это «прах к праху» в космической версии: молодая пыль, настроенная танцевать энтропийный тустеп, сплачивается гравитацией в упорядоченные астрономические структуры, тогда как поздняя пыль, рассеянная тонким слоем, спокойно дрейфует сквозь пустоту.

Физики иногда сравнивают эту будущую эпоху с концом времени. Не то чтобы время остановится. Но когда всякое действие сводится всего лишь к движению отдельной частицы из этой точки на огромных просторах пространства в ту, разумно заключить, что Вселенная в конечном итоге ушла в небытие. И все же в этой главе мы готовы рассматривать еще более продолжительные промежутки времени, что переводит в разряд возможных события настолько невероятные, что в любом другом случае их можно было бы просто игнорировать. Эти настолько редкие события, что трудно даже вообразить себе их реальность, но они могут иногда прерывать небытие с далеко идущими последствиями.

Распад пустоты

На пресс-конференции 4 июля 2012 г., проводившейся в ЦЕРНе (Европейском центре ядерных исследований), его представитель Джо Инкандела объявил об открытии частицы Хиггса, которую физики давно искали. Я смотрел прямую трансляцию этой пресс-конференции в Центре физики в Аспене в комнате, куда набилось множество коллег. Было около двух часов ночи. После заявления комната взорвалась одобрительными криками. Камера сфокусировалась на Питере Хиггсе, который снял очки и протирал глаза. Хиггс предположил существование частицы, получившей его имя, почти за полвека до этого; он успешно преодолел сопротивление, которое нередко встречают незнакомые идеи, и целую жизнь ждал возможности убедиться, что был прав.

Во время долгой пешей прогулки по окраинам Эдинбурга молодой Питер Хиггс решил загадку, ставившую в тупик исследователей всего мира. В то время математические описания сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий, а также частиц вещества, на которые влияют эти взаимодействия, стремительно сближались. Работая плечом к плечу, теоретики и экспериментаторы писали квантовомеханическое руководство, разбирающее механизмы функционирования микромира. Но было одно явное упущение. Уравнения не могли объяснить, как фундаментальные частицы обрели массу. Почему так получается, что если толкать элементарные частицы (такие, как электроны или кварки), то почувствуешь их сопротивление приложенным усилиям? Это сопротивление отражает массу частицы, но уравнения, казалось, рассказывали иную историю: исходя из математики, частицы должны быть безмассовыми и, следовательно, не должны оказывать никакого сопротивления. Надо ли говорить, что несоответствие между реальностью и математикой сводило физиков с ума.

Причина, по которой математика, кажется, разрешала только безмассовые частицы, довольно сложна, но сводится в конечном итоге к симметрии. Как бильярдный шар со всех сторон выглядит одинаково, так уравнения, описывающие элементарные частицы, выглядят одинаково при замене одного математического слагаемого на другое. В каждом случае нечувствительность к изменению — ориентации для бильярдного шара или математической перестановки для уравнений — отражает высокую степень базовой симметрии. Симметрия бильярдного шара гарантирует, что он будет катиться равномерно. Симметрия уравнений гарантирует гладкость их математического анализа. Как поняли специалисты по физике элементарных частиц, без симметрии уравнения стали бы противоречивыми и выдали бессмысленный результат, такой как единица, деленная на ноль. Отсюда загадка: анализ показал, что та же математическая симметрия, которая гарантирует правильные уравнения, требует также, чтобы частицы были безмассовыми (это, возможно, не удивительно, поскольку ноль сам по себе есть очень симметричное число, сохраняющее свое значение при умножении или делении на любое другое число).

Именно здесь в дело вступил Хиггс. Он заявил, что, объективно говоря, частицы действительно не имеют массы, в точности как того требуют безупречно симметричные уравнения. Однако, продолжал Хиггс, попав в этот мир, частицы обретают массу в результате влияния среды. Хиггс вообразил, что пространство заполнено невидимой субстанцией, известной теперь как поле Хиггса, и что частицы, которые двигаются через это поле, испытывают на себе действие силы сопротивления, напоминающей ту, что испытывает летящий в воздухе легкий мячик. Хотя такой мячик почти ничего не весит, если держать его за окном автомобиля, едущего на все более высокой скорости, то от вашей руки это потребует серьезных усилий: мячик покажется вам массивным, потому что ему приходится преодолевать сопротивление воздуха. Аналогично, предположил Хиггс, когда толкаешь частицу, она ощущается массивной, потому что преодолевает сопротивление хиггсовского поля. Чем тяжелее частица, тем сильнее она сопротивляется вашему усилию, и это, согласно Хиггсу, означает, что частица испытывает более сильное сопротивление со стороны этого пронизывающего пространство поля[326].

Если вы пока незнакомы с понятием поля Хиггса, но внимательно прочли все предыдущие главы, эта идея, возможно, не покажется вам особенно экзотичной. Современная физика уже привыкла к идее о невидимых субстанциях, заполняющих пространство, — нынешней версии древнего эфира. От инфляционного поля, которое, возможно, было движителем Большого взрыва, до темной энергии, отвечающей, возможно, за измеренное ускоренное расширение Вселенной, физики последних нескольких десятилетий не стесняются предполагать, что пространство заполнено чем-то невидимым. Но в 1960-е гг. такая идея казалась весьма радикальной. Хиггс предполагал, что, если бы пространство на самом деле было пустым в традиционном и интуитивном смысле, частицы вовсе не имели бы массы. Поэтому он заключил, что пространство, должно быть, не пусто, а необычная субстанция, которую оно вмещает, должна обладать как раз подходящими свойствами для насыщения частиц их очевидной массой.

Первая статья, в которой Хиггс изложил свою новую гипотезу, была сразу же отвергнута. «Мне сказали, что все это чепуха», — вспоминает Хиггс реакцию[327]. Но те, кто давал себе труд тщательно разобраться в этой идее, понимали ее достоинства, и идея постепенно получала распространение. В конечном итоге она была полностью принята. Я впервые встретился с гипотезой Хиггса в 1980-е гг., на выпускном курсе, и преподносилась она с такой уверенностью, что некоторое время я даже не понимал, что гипотеза еще не подтверждена экспериментально.

Стратегию проверки этой гипотезы настолько же легко описать, насколько трудно реализовать. Когда две частицы, скажем два протона, сталкиваются на высокой скорости, такое столкновение должно по идее потрясти окружающее хиггсовское поле. Теоретически при случае это может отбить крохотную капельку поля, которая проявит себя как элементарная частица нового типа — частица Хиггса; нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек называет это «осколком вакуума». Таким образом, обнаружение этой частицы означало бы несомненное доказательство гипотезы. Эта цель на протяжении более чем 30 лет вдохновляла исследования, в которых участвовало более 3000 ученых из более чем трех дюжин стран. В этих исследованиях использовался самый мощный в мире ускоритель частиц стоимостью более $15 млрд.

О завершении этой одиссеи, о котором объявили на той пресс-конференции в американский День независимости, просигналил крохотный бугорок на гладком в остальном графике, построенном по данным Большого адронного коллайдера; именно он стал экспериментальным подтверждением того, что частица Хиггса найдена.

Это чудесный эпизод в анналах человеческих открытий; он углубляет наши представления о свойствах частиц и подкрепляет уверенность в способности математики обнажать скрытые аспекты реальности. Но для нашего путешествия по космической шкале времени хиггсовское поле важно по особой причине — в какой-то момент в будущем его значение может измениться. И примерно как лобовое сопротивление, которое испытывает легкий мячик, изменилось бы, если бы изменилась плотность воздуха на его пути, так и массы фундаментальных частиц изменились бы, если бы изменилось значение хиггсовского поля, с которым они встречаются. Любые подобные изменения, кроме самых крохотных, почти наверняка разрушили бы реальность, какой мы ее знаем. Атомы, молекулы и структуры, которые они образуют, сильнейшим образом зависят от свойств составляющих их частиц. Солнце сияет благодаря физическим и химическим свойствам водорода и гелия, которые зависят от свойств протонов, нейтронов, электронов, нейтрино и фотонов. Клетки делают то, что делают, в основном благодаря физическим и химическим свойствам их молекулярных составляющих, которые, опять же, зависят от свойств фундаментальных частиц. Если изменить массы фундаментальных частиц, их поведение тоже изменится; по существу, изменится в той или иной степени все.

Множество лабораторных экспериментов и астрономических наблюдений установили, что для большей части, если не для всех прошедших 13,8 млрд лет массы фундаментальных частиц оставались постоянными, так что и значение хиггсовского поля оставалось стабильным. И все же, даже если существует лишь крохотная вероятность того, что в будущем хиггсовское поле может скачком принять другое значение, эта вероятность будет усилена громадными промежутками времени, которые мы теперь рассматриваем, и превратится в почти полную уверенность.

Физика, имеющая непосредственное отношение к хиггсовскому скачку, называется квантовым туннелированием; чтобы понять суть этого процесса, лучше для начала рассмотреть его в более простых условиях. Поместим маленький шарик в пустой бокал для шампанского, и, если никто не будет этот бокал трогать, логично будет ожидать, что шарик в нем и останется. В конце концов, он огражден со всех сторон и не обладает достаточной энергией, чтобы взобраться по стеклянным стенкам и сбежать. Не обладает он также достаточной энергией, чтобы пробиться прямо через стекло. Аналогично, если поместить электрон в ловушку, напоминающую по форме бокал для шампанского, оградив его барьерами со всех сторон, также можно будет ожидать, что он останется на месте. В самом деле большую часть времени так и происходит. Но иногда электрон ведет себя иначе. Иногда он исчезает из ловушки и заново материализуется уже снаружи.

Каким бы удивительным подобный трюк, достойный Гудини, ни был для нас, в квантовой механике это дело обычное.

Воспользовавшись уравнением Шредингера, можно вычислить вероятность того, что электрон будет обнаружен в той или другой локации, к примеру внутри или снаружи ловушки. Математика показывает, что чем серьезней ловушка — чем выше и толще ее стенки, — тем меньше вероятность того, что электрон улизнет. Но, и это ключевой момент, для того чтобы вероятность была нулевой, ловушка должна быть бесконечно толстой или бесконечно высокой; в реальном мире такого просто не бывает. А ненулевая вероятность, какой бы крохотной она ни была, означает, что, если подождать достаточно долго, рано или поздно электрон все же окажется на другой стороне.

Наблюдения это подтверждают. Именно такой переход через барьер мы и подразумеваем, когда говорим о «квантовом туннелировании».

Я описал квантовое туннелирование в терминах проникновения частицы сквозь барьер, изменения ее положения со «здесь» на «там», но это может быть и проникновение поля сквозь барьер, и изменение его значения с «этого» на «то». Такой процесс с участием хиггсовского поля может определить долгосрочную судьбу Вселенной.

В традиционных физических единицах нынешнее значение поля Хиггса равно 246[328]. Почему 246? Никто не знает. Но силы лобового сопротивления, которые обеспечивает хиггсовское поле с таким значением (вместе с конкретным способом взаимодействия каждой частицы с ним) успешно объясняет массы фундаментальных частиц. Но почему величина поля Хиггса остается стабильной миллиарды лет? Ответ: мы считаем, что значение поля Хиггса, подобно шарику в бокале или электрону в ловушке, ограждено со всех сторон внушительными барьерами: если бы величина поля Хиггса попыталась измениться с 246 на другое значение, большее или меньшее, этот барьер загнал бы ее обратно к первоначальному значению, примерно как шарик вынужден был бы вернуться на дно бокала, если бы кто-то качнул бокал. И если бы не квантовые соображения, значение хиггсовского поля всегда оставалось бы равным 246. Но, как обнаружил в середине 1970-х гг. Сидни Коулмен, квантовое туннелирование меняет ситуацию[329].

Точно так же, как квантовая механика позволяет электрону иногда туннелировать из ловушки, так она разрешает и величине поля Хиггса туннелировать сквозь барьер. Если бы это произошло, хиггсовское поле не изменило бы свое значение во всем пространстве одновременно. Вместо этого хиггсовское поле сделает свой ход в какой-то крохотной области, выделенной случайной природой квантовых событий; в этой области поле туннелирует через барьер и примет другое значение.

Затем, примерно как шарик, который туннелирует сквозь стенку бокала, опускаясь при этом ниже своего первоначального положения, значение хиггсовского поля тоже опустится на более низкий энергетический уровень. После этого поле в близлежащих локациях, отзываясь на манящий зов более низкой энергии, также будет совершать этот переход — начнется своеобразный эффект домино, благодаря которому возникнет расширяющаяся сфера, внутри которой значение хиггсовского поля будет уже измененным.

Внутри этой сферы новое значение поля вызовет изменение массы частиц, так что знакомые свойства физики, химии и биологии перестанут действовать. Вне сферы, где значению поля Хиггса только еще предстоит измениться, частицы сохранят свои обычные свойства, и все будет выглядеть нормально. Анализ Коулмена показал, что граница сферы, отмечающая переход от старого значения поля к новому, будет раздвигаться со скоростью, очень близкой к скорости света[330]. Это означает, что тем из нас, кто будет находиться снаружи, будет практически невозможно заметить приближение стены рока. К тому моменту, когда мы ее заметим, она нас уже поглотит. Одно мгновение жизнь будет идти совершенно обычно. В следующее мгновение нас уже не будет. Смогут ли новые структуры и, возможно, новые формы жизни появиться в конечном итоге в этом царстве, населенном частицами с незнакомыми свойствами? Может быть. Но в настоящее время ответ на эти вопросы находится за пределами наших возможностей.

Физики не могут предсказать, когда поле Хиггса может совершить такой прыжок. Характеристики временной шкалы здесь зависят от свойств частиц и силы, которые еще только предстоит определить с адекватной точностью. Более того, поскольку это процесс квантовый, то предсказать можно только его вероятность. Современные данные указывают, что поле Хиггса, скорее всего, туннелирует к другому значению где-то через 10^102-10^359 лет — примерно между 102-м и 359-м этажами (хотя таких этажей вы не найдете даже в самом высоком здании мира «Бурдж-Халифа»)[331].

Поскольку поле Хиггса заново определяет наше представление о пустоте — даже самое пустое из всех пустых пространств в любом месте наблюдаемой Вселенной содержит поле Хиггса со значением 246, — квантовое туннелирование значения хиггсовского поля свидетельствует о нестабильности самого пустого пространства. Стоит подождать достаточно долго, и даже пустое пространство изменится. Хотя временные параметры такого изменения и распада не дают, в общем-то, повода для беспокойства, существует тем не менее вероятность того, что этот туннельный переход может произойти сегодня. Или завтра. В этом заключается бремя жизни в квантовой Вселенной, где будущие события управляются вероятностями. При броске сотни монет все они могут лечь орлом кверху, это возможно, хотя и маловероятно, и точно так же мы, возможно, стоим на пороге катастрофы и вот-вот попадем под удар стены изменения хиггсовского поля, за которой следует новая разновидность пустого пространства. Возможно, хотя тоже маловероятно.

То, что эта вероятность очень мала, может показаться добрым знаком. Гибель под ударом движущейся со скоростью света стены рока будет, конечно, быстрой и безболезненной, но большинство из нас, я уверен, предпочли бы избежать такого конца. Однако, если перенести внимание на еще более длительные промежутки времени, мы встретим там квантовые процессы не только странные, но и способные подорвать все наши представления о реальности. В ответ некоторые физики воспылали любовью к теориям, согласно которым Вселенная погибнет задолго до того, как нам пришлось бы иметь дело с коллапсом рационального мышления как такового.

Больцмановские мозги

Взбираясь по лестнице времени, мы видели второе начало термодинамики в действии. От Большого взрыва к формированию звезд, зарождению жизни, процессам сознания, исчезновению галактик и далее через распад черных дыр энтропия неумолимо растет. Этот постоянный рост может заслонить тот факт, что команды второго начала носят вероятностный характер. Энтропия можетснижаться. Частицы воздуха, летающие в настоящее время по вашей комнате, могут все одновременно собраться в шар возле потолка, оставив вас задыхаться. Просто это настолько маловероятно, — и промежуток времени, за который это все же может произойти, настолько громаден, — что мы признаем эту возможность, но разумно забываем про нее и продолжаем жить обычной жизнью. Однако, поскольку сейчас мы смотрим в самое отдаленное будущее, нам стоит отбросить свой временной провинциализм и рассмотреть кое-какие довольно сногсшибательные варианты со снижением энтропии.

Представьте, что вы читаете эту книгу уже час, сидя в любимом кресле и прихлебывая время от времени чай из любимой кружки. На вопрос, как возникла эта уютная обстановка, вы бы ответили, что кружку купили в Нью-Мехико у местного гончара, кресло унаследовали от двоюродной бабушки, а устройство Вселенной вас всегда интересовало, что и привело к этой книге. Если подтолкнуть вас к более подробному рассказу, вы заговорили бы о своем детстве, о братьях и сестрах, о родителях и т. п. Если проявить больше настойчивости и попросить заглянуть поглубже в прошлое и дать более подробное описание, вы в конечном итоге заговорите, может быть, о тех самых вещах, о которых мы говорили в предыдущих главах.

Все это основано на одном забавном факте: все, что вы знаете, отражает мысли, воспоминания и ощущения, обитающие в вашем мозге в настоящий момент. Покупка кружки произошла давно. То, что после нее осталось, — это некоторое сочетание частиц у вас в голове, в котором записано воспоминание об этом. То же самое верно и для ваших воспоминаний о получении кресла в наследство от бабушки, и для вашего интереса к космологии и устройству Вселенной, и для воспоминаний о том, что вы прочли в этой книге о различных концепциях и теориях. С точки зрения убежденного физикалиста, все это прямо сейчас находится у вас в голове благодаря конкретной комбинации частиц, которая прямо сейчас сложилась в вашей голове. Это означает, что если случайная россыпь частиц, летящая сквозь пустоту бесструктурной высокоэнтропийной Вселенной, по воле случая спонтанно сложится в низкоэнтропийную конфигурацию, которая случайно совпадет с конфигурацией частиц, составляющих в настоящее время ваш мозг, то этот набор частиц будет обладать теми же воспоминаниями, мыслями и ощущениями, которыми обладаете вы. То ли в честь, то ли в упрек — не знаю, откровенно говоря, как именно, — такой гипотетический, свободно плавающий, ни с чем не связанный разум, сформированный редким, но возможным спонтанным собиранием частиц в особую, высокоупорядоченную конфигурацию, стали называть больцмановским мозгом[332].

Больцмановский мозг, один в промороженной тьме пространства, не успеет сгенерировать много мыслей, прежде чем испустит дух. Однако спонтанное собирание частиц могло бы также породить вспомогательные средства, которые продлят его функционирование: вместилище в виде тела и головы, запас пищи и воды, подходящая звезда и планета — вот лишь некоторые из них. В самом деле, спонтанное собирание частиц (и полей) могло бы породить целую сегодняшнюю Вселенную или воспроизвести условия, которые послужили спусковым механизмом для Большого взрыва и позволили Вселенной, очень похожей на нашу, сформироваться заново[333]. Следует признать, что, когда дело доходит до спонтанного падения энтропии, много-много выше оказываются шансы более мелких падений: того, что меньшее число частиц будет собираться в структуры, более терпимые к неточной организации. Когда я говорю «много-много выше», то имею в виду превосходство ошеломляющее. Экспоненциальное. А поскольку нас особенно интересует далекое будущее мысли, то одинокий больцмановский мозг — минимальное и, следовательно, наиболее вероятное случайное образование из частиц, способное недолго порадоваться и тут же удивиться тому, как такое в принципе могло произойти[334].

Чем-то большим, чем просто завязка второсортного научнофантастического сюжета, все это делает тот факт, что, когда мы вглядываемся в далекое будущее, нам представляется, что в конечном итоге там сложатся подходящие условия для реализации этих странных процессов. Принципиальный ингредиент этих условий — ускоряющееся расширение пространства. Ранее мы отметили, что такое расширение приводит к возникновению космологического горизонта — далекой окружающей нас сферы, отмечающей границу, за которой любые объекты удаляются от нас со скоростью, превышающей скорость света, отсекая любую возможность контакта или влияния. Далее, Хокинг показал, что законы квантовой механики вынуждают горизонт черной дыры иметь температуру и излучать, и при помощи аналогичных рассуждений он же вместе со своим коллегой Гэри Гиббонсом показал, что космологический горизонт тоже обладает температурой и излучает. Наш анализ в предыдущей главе, где речь шла о будущем мысли, опирался именно на этот факт и приводил к заключению, что крохотной температуры нашего космологического горизонта — около 10-30 К — вполне может оказаться достаточно, чтобы будущие Мыслители, отчаянно пытающиеся обеспечить себе возможность мыслить вечно, в конечном итоге все же сгорели в своих собственных мыслях. Как мы теперь увидим, в гораздо больших масштабах времени аналогичные соображения предлагают будущему мысли потенциальную возможность своеобразного возрождения.

В далеком будущем излучение, испускаемое космологическим горизонтом, обеспечит тусклый, но стабильный источник частиц (преимущественно безмассовых частиц, фотонов и гравитонов), которые будут блуждать по области пространства, окружаемой горизонтом. Иногда наборы этих частиц будут сталкиваться и, согласно соотношению E = mc^2, переводить свою энергию движения в производство меньшего числа более массивных частиц, таких как электроны, кварки, протоны, нейтроны и соответствующие им античастицы. Поскольку в результате этих процессов получается меньше частиц и меньше движения, можно сказать, что они снижают энтропию, но, если подождать достаточно долго, могут произойти даже такие маловероятные вещи. Они будут происходить и дальше. В еще более редких случаях некоторые возникшие при этом протоны, нейтроны и электроны будут двигаться ровно так, как надо, чтобы соединиться в атом той или иной разновидности. Из-за громадной продолжительности промежутков времени, необходимых для таких редких процессов, они не играют роли при синтезе атомных ядер после Большого взрыва или внутри звезд, но теперь, когда времени у нас сколько угодно, подобные процессы имеют значение. На еще более продолжительных временных промежутках атомы будут случайно объединяться в ряд все более сложных конфигураций, гарантирующих, что время от времени на пути в вечность какой-нибудь набор образует ту или иную макроскопическую структуру — кивающего болванчика, к примеру. В отсутствие мыслящих существ все это возникнет и исчезнет, не будучи замеченным. Но иногда случайно сформированной макроскопической структурой окажется мозг. Давно исчезнувшая мысль ненадолго вернется.

Какой масштаб времени необходим для подобного воскрешения? При помощи грубого расчета (который энтузиасты математики могут найти в примечаниях[335]) мы можем оценить, что существует разумный шанс, согласно которому больцмановский мозг сформируется на интервале в 10^1068 лет. Это очень долго. Если для записи числа лет, представленного верхним этажом Эмпайр-стейт-билдинг, 10^102 лет (единица со 102 нулями), нам потребуется примерно полторы строки, то от числа 10^1068 (единица с 1068 нулями) мы не сможем записать сколько-нибудь заметной части, даже если заменим нулями все знаки на всех страницах всех когда-либо напечатанных книг. Тем не менее никто не будет нетерпеливо ходить вокруг, посматривая на часы и ожидая падения энтропии, чтобы сделать ход и сформировать какой-никакой мозг. Вселенная сможет существовать почти вечно в «дежурном» неупорядоченном высокоэнтропийном состоянии, так что жаловаться никто не станет.

И это ставит перед нами интересный, несколько даже личный вопрос. Откуда взялся ваш мозг? Этот вопрос звучит глупо, конечно, но уважьте меня. Отвечая, вы, естественно, воспользуетесь своими воспоминаниями и знаниями и объясните, что родились с таким мозгом и что ваше зачатие — часть последовательности, которую мы можем проследить в прошлое через ваших предков, через эволюционную летопись жизни, через формирование Земли, Солнца и так далее, до самого Большого взрыва. На первый взгляд все это звучит разумно. Большинство людей ответили бы на этот вопрос аналогично. Но, как ясно из предыдущей главы, окно времени, за которое мозг может сформироваться описанным вами способом, ограниченно — максимально это может быть промежуток времени между 10-м и 14-м этажами Эмпайр-стейт-билдинг. Временное окно для возникновения мозгов по больцмановскому механизму несравнимо больше — вполне возможно, что оно просто ничем не ограничено[336]. С течением времени больцмановские мозги будут продолжать формироваться — редко, но надежно, так что полное число таких мозгов, которые приходят и уходят, будет становиться все больше. Таким образом, исследование достаточно продолжительного промежутка временной шкалы покажет, что полная численность больцмановских мозгов намного превосходит полную численность мозгов традиционных. Сказанное верно, даже если мы сосредоточимся только на тех больцмановских мозгах, конфигурация которых будет нести в себе ошибочную убежденность в том, что они возникли традиционным биологическим путем. Опять же, каким бы редким ни был этот процесс, на произвольно длительном промежутке времени он произойдет сколь угодно большое число раз.

Если вы затем спросите себя, каким наиболее вероятным способом вы могли приобрести верования, воспоминания, знания и представления, которыми обладаете в настоящее время, то бесстрастный ответ, основанный чисто на размере популяции, ясен: ваш мозг спонтанно сформировался из частиц в пустоте со всеми его воспоминаниями и другими нейрофизиологическими качествами, обусловленными конкретной конфигурацией частиц. Рассказанная вами история о том, как вы родились, трогательна, но неверна. Ваши воспоминания и различные цепочки рассуждений, которые привели вас к знаниям и верованиям, ложны. У вас нет прошлого. Вы только что возникли в виде бестелесного мозга, наделенного мыслями и воспоминаниями о вещах, которых никогда не происходило[337].

Помимо своей полной чуждости, этот сценарий несет с собой ошеломляющий вывод — почему я и сосредоточил внимание на спонтанно формирующемся мозге, а не на мириадах других неодушевленных объектов, в которые могут воплотиться случайно собравшиеся частицы. Если мозг — ваш, мой или чей угодно — не может быть до конца уверен, что его воспоминания и представления точно отражают произошедшие события, то никакой мозг не может доверять предполагаемым измерениям, наблюдениям и расчетам, представляющим собой основу научного знания[338]. Я помню, как изучал общую теорию относительности и квантовую механику, я могу мысленно построить цепочку рассуждений, подтверждающую эти теории, я помню, как рассматривал данные и наблюдения, которые эти теории так убедительно объясняют, и так далее. Но если я не могу быть уверен, что эти мысли сформировались в результате реальных событий, которым я их приписываю, я не могу быть уверен также, что эти теории суть нечто большее, чем простые измышления, и не могу быть уверен в любых выводах, на которые эти теории указывают. К тому же среди выводов, ставших теперь недостоверными, и вероятность того, что я — спонтанно возникший мозг, плавающий в пустоте. Глубокий скептицизм, порождаемый возможностью спонтанного формирования мозга, вынуждает нас скептически относиться и к рассуждениям, которые привели нас к такой возможности.

Короче говоря, редкие спонтанные падения энтропии, предусматриваемые законами физики, могут поколебать нашу уверенность в этих самых законах и во всем, что они вроде бы гласят. Рассматривая действие этих законов на сколь угодно больших промежутках времени, мы погружаемся в скептический кошмар, способный до основания потрясти всю нашу уверенность. Не особенно приятное место. Как же нам восстановить свою уверенность в фундаментальных основах рациональной мысли, позволившей бодро взобраться на верхушку Эмпайр-стейт-билдинг и даже выше? Физики разработали для этого множество стратегий.

Некоторые утверждают, что больцмановский мозг — это много шума из ничего. Конечно, признают сторонники этой позиции, больцмановские мозги могут формироваться. Но успокойтесь. Вы определенно не один из них. Вот как это можно доказать: взгляните на окружающий вас мир и зафиксируйте все, что видите. Если вы больцмановский мозг, то с ошеломляюще высокой вероятностью через мгновение вы уже перестанете существовать. Мозг, способный протянуть дольше, — это мозг, представляющий собой часть большей и более упорядоченной системы поддержки, и потому требует еще более редкой флуктуации до еще более низкого уровня энтропии, что делает его возникновение намного менее вероятным. Так что если ваш второй взгляд на мир покажет вам примерно то же, что показал первый, ваша уверенность в том, что вы не больцмановский мозг, еще возрастет. В самом деле, согласно этой точке зрения, каждое следующее мгновение, похожее на предыдущие, делает ваши аргументы сильнее, а уверенность — прочнее.

Тем не менее обратите внимание, что эти аргументы предполагают, что каждый момент в подобной цепочке является реальным в традиционном смысле. Если прямо сейчас у вас имеются воспоминания о том, как вы смотрели на окружающий мир десяток раз за прошедшую минуту, раз за разом уверяя себя, что вы не больцмановский мозг, то эти воспоминания отражают состояние вашего мозга в настоящий момент и не противоречат варианту, при котором ваш мозг появился на свет вот только что, уже снабженный этими воспоминаниями. Приняв этот сценарий всерьез, вы поймете, что эмпирические наблюдения, которые вы использовали как аргумент против того, что вы — больцмановский мозг, тоже могут быть частью выдуманной истории. Возможно, я помню, как сказал себе: «Я мыслю, следовательно, существую», но при рассмотрении из любого заданного момента правильное описание ситуации должно было бы звучать иначе: «Я думаю, что мыслил, следовательно, я думаю, что существовал». В реальности воспоминания о подобных мыслях никак не гарантируют, что сами мысли когда-либо имели место.

Более убедительный подход состоит в том, чтобы подвергнуть сомнению сам базовый сценарий: для рассуждений о больцмановских мозгах принципиально существование далекого космологического горизонта, который непрерывно испускает частицы — сырье для строительства сложных структур, включая и разум. В отдаленной перспективе, если бы заполняющая пространство темная энергия рассеялась, ускоренное расширение подошло бы к концу, а космологический горизонт отступил бы. Без этой далекой поверхности, испускающей частицы, температура пространства дошла бы до нуля — а с ней дошел бы до нуля и шанс спонтанного образования сложных макроскопических структур. Пока у нас нет свидетельств ослабления (или усиления) темной энергии, но будущие наблюдательные миссии будут изучать эту возможность с более высокой точностью. Консервативная оценка сводится к тому, что решение еще не вынесено[339].

Еще более радикальны подходы, в которых Вселенная или, по крайней мере, та Вселенная, какой мы ее знаем, просто не будет существовать в будущем сколь угодно долго. В отсутствие же тех фантастически долгих промежутков времени, о которых мы говорили, шансы на формирование больцмановского мозга становятся такими нелепо крохотными, что мы можем спокойно игнорировать этот процесс целиком. Если бы Вселенная прекратила существование задолго до тех временных масштабов, в которых производство больцмановских мозгов становится вероятным, то мы могли бы отставить свой скепсис в сторону и спокойно вернуться к предыдущему описанию происхождения и развития нашего мозга, включая наши воспоминания, знания и верования[340].

Как мог бы наступить столь скорый конец Вселенной?

Конец близок?

Ранее мы обсуждали, что поле Хиггса может совершить квантовый скачок к новому значению, результатом которого станет внезапное изменение свойств частиц и, соответственно, переписывание многих базовых процессов в физике, химии и биологии. При этом Вселенная продолжит существование, но, скорее всего, уже без нас. Если подобный разрыв произойдет задолго до того, как шкала времени подойдет к отметкам, где уже возможно будет формирование больцмановских мозгов, — как позволяют предположить в настоящее время данные, касающиеся поля Хиггса, — в популяции будут доминировать обычные мозги, и мы сможем обойти упомянутую скептическую трясину[341].

Еще более эффектное разрешение проблемы может принести квантовый скачок, при котором внезапно изменится значение темной энергии. В настоящее время ускоренное расширение космоса обусловлено положительной темной энергией, пронизывающей все области пространства. Но точно так же, как положительная темная энергия порождает направленную вовне расталкивающую гравитацию, отрицательная темная энергия порождает направленную внутрь притягивающую гравитацию. Вследствие этого квантовый туннельный переход, при котором темная энергия примет отрицательное значение, означал бы переход от расширения Вселенной к ее сжатию. В результате такой радикальной смены курса все — вещество, энергия, пространство, время — оказалось бы сжато до чрезвычайно высокой плотности и температуры; произошел бы своеобразный Большой взрыв наоборот, который физики называют Большим сжатием[342]. Подобно тому как в вопросе о том, что случилось в нулевой момент времени и запустило механизм Большого взрыва, остается неопределенность, вопрос о последнем моменте — самом сжатии — тоже связан с неопределенностью. Очевидно, однако, что если сжатие произойдет намного раньше, чем через 10^1068 лет, то странные следствия, связанные с больцмановскими мозгами, опять же станут неактуальными.

Еще в одном, последнем в нашем обзоре, подходе, интересном не только соображениями по поводу больцмановских мозгов, физик Пол Стейнхардт и его коллеги Нил Турок и Анна Ийяс представляют перевод такого потенциально губительного для Вселенной сжатия в более жизнеутверждающий отскок, ведущий к возникновению новой вселенной[343]. Согласно этой теории, области пространства, подобные нашей, проходят через фазы расширения, за которыми следуют фазы сжатия, причем циклы эти повторяются бесконечно. Большой взрыв становится Большим отскоком — повторением начала предыдущего цикла. Сама идея не слишком нова. Вскоре после того, как Эйнштейн завершил работу над общей теорией относительности, цикличный вариант космологии был предложен Александром Фридманом и впоследствии развит Ричардом Толманом[344]. Целью Толмана, в частности, было обойти вопрос о возникновении Вселенной. Если циклы продолжаются бесконечно далеко в прошлое, то никакого начала не было. Вселенная существовала всегда. Толман выяснил, однако, что это утверждение опровергается вторым началом термодинамики. Непрерывное накопление энтропии от цикла к циклу подразумевает, что той Вселенной, в которой мы обитаем, могло предшествовать лишь конечное число циклов — так что без начала все-таки не обойтись. Стейнхардт и Ийяс в своем новом варианте циклического подхода утверждают, что в состоянии разрешить эту проблему. Они установили, что за время каждого цикла некая заданная область пространства растягивается гораздо сильнее, чем сжимается, гарантируя, что содержащаяся в ней энтропия при этом сильно разбавляется. Цикл за циклом полная энтропия во всем пространстве увеличивается, как и полагается по второму началу термодинамики. Но в любой конечной области — такой, как та, что дала начало окружающему нас наблюдаемому царству, — накопление энтропии, так беспокоившее Толмана, больше не является проблемой. Расширение сильно разбавляет и вещество, и излучение, тогда как последующее сжатие обуздывает мощь гравитации и вновь пополняет с ее помощью запас высококачественной энергии ровно настолько, чтобы хватило заново начать цикл. Длительность каждого цикла определяется величиной темной энергии, которая, судя по нынешним измерениям, устанавливает эту длительность на величинах порядка сотен миллиардов лет. И это гораздо меньше типичного времени, необходимого для формирования больцмановских мозгов, так что циклическая космология предлагает еще одно потенциальное решение, позволяющее сохранить рациональность. Если для возникновения мозга обычным способом длительности любого заданного цикла вполне хватит, то, прежде чем мозг успеет возникнуть больцмановским способом, цикл давно завершится. Значит, все мы с разумной долей уверенности можем утверждать, что наши воспоминания основаны на событиях, которые на самом деле произошли.

Если говорить о будущем, циклический подход позволяет предположить, что наш подъем на Эмпайр-стейт-билдинг будет прерван и закончится где-то в окрестностях 11-го или 12-го этажа, когда фаза сжатия пространства завершится отскоком, который окончит наш цикл и инициирует следующий. Кроме того, линейность нашей небоскребной метафоры нужно будет усовершенствовать до спиральной формы (на ум приходит взмывающая ввысь версия музея Гуггенхайма), где каждый виток представляет космологический цикл. Более того, поскольку эти циклы, возможно, уходят в бесконечность как в прошлое, так и в будущее, нам потребуется представить себе структуру, уходящую бесконечно далеко в обоих направлениях. Реальность, какой мы ее знаем, будет частью одного-единственного витка по космологическому треку.

За последние годы циклическая космология превратилась в главного конкурента инфляционной теории. Хотя та и другая в состоянии объяснить космологические наблюдения, включая и важнейшие температурные вариации в реликтовом излучении, инфляционная теория продолжает доминировать в космологических исследованиях. Отчасти это отражает сизифов труд с целью заинтересовать физиков в альтернативе теории, которая на протяжении четырех десятков лет сумела превратить космологию в зрелую и точную науку. Тем, что наше время называют золотым веком космологии, мы в значительной мере обязаны инфляционной теории. Конечно, истина в науке не определяется ни голосованием, ни популярностью. Она определяется экспериментами, наблюдениями и данными. Инфляционная и циклическая теории все же делают одно значимо различное наблюдательное предсказание, которое, возможно, однажды поможет разрешить их спор: катастрофический переход инфляционного расширения в процесс Большого взрыва должен был, скорее всего, вызвать такое резкое возмущение ткани пространства, что порожденные им гравитационные волны, пожалуй, можно обнаружить до сих пор. Более мягкое расширение циклической модели должно порождать слишком мягкие гравитационные волны, сегодня уже незаметные.

Таким образом, в не слишком отдаленном будущем наблюдения, возможно, позволят нам склонить чашу весов в пользу одного из этих двух космологических подходов[345].

Среди исследователей инфляция по-прежнему остается главной космологической теорией, поэтому мы в предыдущих главах сосредоточились именно на ней. Тем не менее чрезвычайно интересно представлять себе, как будущие наблюдения, углубляя знания о космосе, сделают наш век всего лишь одним из многих — может быть, бесконечно многих — моментов неполного понимания. И все же, хотя наш рассказ о ранних стадиях развития Вселенной, а также о ее развертывании после 12-го этажа может существенно поменяться, ключевые соображения, связанные с энтропией и эволюцией, руководившие нами на протяжении большей части нашего путешествия, останутся прежними. Главное, если бы циклическая теория подтвердилась, мы бы узнали, что самые универсальные среди всех паттернов — рождение, смерть и перерождение — повторяются на космологических масштабах. Заманчивая перспектива. Древние мыслители Индии, Египта и Вавилона представляли, что вместо начала, середины и конца Вселенная, возможно, переживает цепочку последовательных циклов, подобно чередованию дня и ночи или времен года. В не слишком далеком будущем данные приборов, регистрирующих гравитационные волны, могут прояснить вопрос о том, действует ли в космосе эта закономерность[346].

Мысль и мультивселенная

Если лететь в глубины пространства с произвольной скоростью, доберешься ли до конца? Или полет будет продолжаться вечно? Или, может быть, траектория замкнется и обернется этакой космической Магеллановой кругосветкой? Никто не знает. В рамках инфляционной теории самые пристально изучаемые математические формулировки подразумевают, что пространство бесконечно, объясняя отчасти, почему исследователи уделяют столько внимания именно этой возможности. Для далекого будущего разума бесконечное пространство предлагает одно особенно необычное следствие, так что давайте примем преобладающую инфляционную точку зрения и будем считать пространство бесконечным[347].

Большая часть бесконечного пространства окажется невидимой и недоступной для нас. Свет, испущенный в далеких локациях, является видимым для наших телескопов, только если у него было достаточно времени, чтобы пересечь лежащее между нами пространство. Взяв максимально возможное время в пути — все время, прошедшее после Большого взрыва, 13,8 млрд лет, — можно подсчитать, что максимальное расстояние, на которое мы можем видеть в любом направлении, составляет около 45 млрд световых лет (вы могли бы подумать, что предел составляет 13,8 млрд световых лет, но, поскольку, пока свет летит, пространство расширяется, доступное расстояние получается больше). Если бы вы выросли на планете, удаленной от Земли на расстояние, большее этого, у нас до настоящего момента не было бы никакой возможности связаться друг с другом или непосредственно повлиять друг на друга. Так что, считая пространство бесконечным, вы можете вообразить его в виде лоскутного одеяла из далеко разнесенных между собой областей размером по 90 млрд световых лет, причем каждая из таких областей развивается независимо от остальных[348]. Физики любят рассматривать каждую такую область как отдельную независимую вселенную; тогда весь набор областей вместе образует мультивселенную. Соответственно, бесконечное расширение пространства порождает мультивселенную с бесконечным числом вселенных.

Изучая такие вселенные, физики Хайме Гаррига и Алекс Виленкин[349] установили основополагающее их свойство. Если бы вы могли посмотреть серию фильмов о космологическом развертывании в каждой из них, эти фильмы не могли бы оказаться все разными. Поскольку каждая из областей имеет конечный размер и содержит большое, но конечное количество энергии, существует лишь конечное число различных историй, которые могут в них разыгрываться. Интуитивно может показаться иначе. Может показаться, что вариантов будет бесконечно много, потому что любую заданную историю можно модифицировать, подтолкнув эту частицу туда или ту — сюда. Но вот в чем дело: если ваши подталкивания окажутся слишком слабы, они не преодолеют порог чувствительности квантовой неопределенности и будут, соответственно, бесполезны; если они окажутся слишком сильными, то задействованные частицы не останутся в пределах области или их энергия превысит доступный максимум. При таких ограничениях и снизу, и сверху существует лишь конечное число вариаций и, соответственно, возможно лишь конечное число различных фильмов.

Понятно, что при наличии бесконечного числа областей и конечного числа фильмов на все области разных фильмов попросту не хватит. Фильмы гарантированно будут повторяться; мало того, они гарантированно повторятся бесконечное число раз. При этом каждый фильм гарантированно будет использован. Квантовые вариации, в результате которых истории получаются разными, случайны и потому представляют все возможные конфигурации. Ни одна история не остается невостребованной. Таким образом, бесконечное число вселенных реализует все возможные истории, и каждая такая история реализуется бесконечно часто.

Из этого следует занятный вывод: реальность, которую воспринимаем мы с вами и все остальные, происходит где-то вовне — в других вселенных — снова и снова. Измените эту реальность любым способом, не запрещенным прямо законами физики (невозможно, к примеру, нарушить законы сохранения энергии или электрического заряда), — и такой вариант тоже найдется где-то там, в бесконечном количестве повторений. Дух захватывает, когда думаешь о царствах, где разыгрываются альтернативные реальности: Ли Харви Освальд промахивается, Клаус фон Штауффенберг добивается успеха, а Джеймс Эрл Рэй — нет. Любители квантовых фокусов увидят здесь сходство с так называемой многомировой интерпретацией квантовой физики, согласно которой каждый возможный исход, разрешенный квантовыми законами, имеет место в своей собственной отдельной вселенной. Физики больше полувека спорят, имеет ли такой подход к квантовой механике смысл с точки зрения математики, и, если имеет, реальны ли эти другие вселенные, или это просто полезная математическая выдумка. Существенная разница с космологической теорией, о которой мы говорим, состоит в том, что здесь другие миры — другие области пространства — не являются предметом интерпретации. Если пространство бесконечно, другие области реально существуют где-то там.

Из всего, что мы рассмотрели в этой и предшествующей главах, разумно сделать вывод, что здесь, в нашей области пространства, в нашей Вселенной наши дни сочтены, и дни мыслящих существ в самом широком смысле тоже. Это может быть долгое время, но где-то на пути к вершине Эмпайр-стейтбилдинг или, может быть, за его вершиной жизнь и разум, скорее всего, придут к своему концу. На этом фоне Гаррига и Виленкин предлагают забавный оптимистичный вариант. Они отмечают, что, поскольку каждая история разыгрывается в бесконечном числе вселенных, в некоторых из них обязательно будут происходить редкие, но приятные падения энтропии, которые сохранят некоторые звезды и планеты нетронутыми или создадут новые ландшафты, содержащие источники высококачественной энергии, — в общем, произойдут какие-то из широкого ряда маловероятных событий, которые позволят жизни и разуму просуществовать намного дольше, чем можно ожидать без подобных событий. В самом деле, как утверждают Гаррига и Виленкин, если взять любой конечный интервал времени, то, независимо от его продолжительности, среди бесконечного числа вселенных найдутся такие, в которых маловероятные процессы пойдут против энтропийного потока, чтобы сохранить жизнь на протяжении по крайней мере этого интервала. Так что в некоторых из бесконечного числа вселенных жизнь и разум будут существовать произвольно долго.

Трудно сказать, как обитатели таких областей смогут объяснить свою удачу и тот факт, что им удалось уцелеть. Трудно даже сказать, будут ли они знать о своей удаче. Может быть, они разработают те же представления о физике, что и мы, и признают, что случайные флуктуации могут дать редкие благоприятные исходы. Но это самое знание в то же время ясно даст понять: то, что они испытывают, чрезвычайно маловероятно, хотя и возможно. Исходя из этого понимания они, в принципе, могут пойти дальше и сделать вывод, что их представления о физике нуждаются в коренной переработке. Только представьте. Хотя вероятностные законы квантовой физики допускают для меня возможность пройти сквозь кирпичную стену, если бы я действительно сделал это, да еще делал это постоянно, мы, пожалуй, захотели бы пересмотреть наши представления о квантовой физике. Не потому, что я нарушил бы при этом квантовые законы. Я бы ничего не нарушил. Дело просто в том, что, если очень маловероятные, как считается, события происходят, причем происходят часто, мы имеем все основания искать лучшие объяснения, согласно которым эти события не будут настолько маловероятными. Конечно, возможно также, что обитатели таких счастливых миров не станут особо заморачиваться с объяснениями, а будут просто плыть по течению и с радостью жить до бесконечности.

Поскольку шансы на то, что мы обитаем именно в такой области или что мы находимся по отношению к такой области достаточно близко, чтобы при необходимости туда бежать, близки к нулю, — когда-нибудь, когда наш собственный конец будет уже виден, мы, возможно, соберем все, что узнали, открыли и создали и упакуем в капсулу, которую запустим куда-нибудь в надежде, что она когда-нибудь достигнет одного из более удачливых миров. Если нашему роду не суждено длиться до бесконечности, возможно, мы сумеем передать суть наших достижений тем, кому повезло больше. Возможно, нам удастся оставить свой след в вечности, хотя бы косвенно. Гаррига и Виленкин изучают один из вариантов этого сценария и, с учетом достижений философа Дэвида Дойча, делают вывод, что этот план безнадежен. Среди бесконечного числа вселенных и громадности временных промежутков случайные квантовые флуктуации произведут намного больше фальшивых капсул, чем наши потомки смогут изготовить настоящих; это гарантирует, что любой реальный отпечаток нашей цивилизации — того, кто мы есть и чего мы достигли, — затеряется в квантовом шуме.

Жизнь и разум здесь, в нашей Вселенной — в том, что мы долгое время считали единственной Вселенной, — скорее всего, подойдет к концу. Возможно, утешительно знать, что где-то на огромных просторах бесконечного пространства далеко за пределами нашего мира жизнь и разум могут уцелеть и даже существовать бесконечно. Тем не менее несмотря на то, что мы можем осмысливать вечность и стремиться к вечности, прикоснуться к вечности мы, судя по всему, не в состоянии.

11

Благородство бытия

Сознание, вещество и смысл

Гид в Национальном парке Пиланесберг — колоритный тип с закинутой за спину винтовкой — старался лишний раз убедиться в том, что те, кто пойдет с ним пешком, отреагируют правильно, если слон, бегемот или лев вдруг окажутся слишком близко к маршруту группы, чтобы чувствовать себя комфортно. «Вы. стойте, спокойно, — произнес он, подчеркивая каждое слово и медленно проходя перед группой. — Убегать от льва? Вам придется провести остаток жизни, пытаясь выиграть эту гонку». Он мягко рассмеялся, слушая, как мы все наперебой бормочем «да», «конечно», «точно». В этот момент я опустил глаза на рукав своей свободной рубашки. Я не думал тогда о точном биологическом определении того существа, что вцепилось мне в край рукава. Для меня это был тарантул. И он пробирался по рукаву вверх. Я запаниковал. Моя рука дернулась, сшибая стаканы со столика. Я вскочил со стула, и тарелки, уцелевшие после моих первых движений, полетели тоже. В общей суете тарантул — или кто там на самом деле был — отцепился от рубашки. К тому моменту, когда я смог взять себя в руки, это крохотное существо размером с мелкую монетку было уже на земле и медленно уползало прочь. «Ах, — сказал гид улыбаясь, когда все успокоилось, — Вселенная высказалась за нашего друга-физика. Вы поедете в джипе». И я поехал.

Вселенная тогда, конечно же, не высказалась за меня. Нападение (да и нападение ли?) было ненаправленным, момент времени выбран случайно. Будь я лицом незаинтересованным, я предложил бы обычный ответ, который уже упоминался: если бы ничего не произошло, никто не удивился бы, что подобного совпадения не случилось. Но, говоря по правде, на мгновение этот неловкий эпизод показался мне существенным. Меня и до этого беспокоила перспектива идти на сафари пешком, я даже подумывал отказаться, — и тут мне очень наглядно напомнили, что такой риск вряд ли полезен человеку, который, задумавшись, способен испугаться едва ли не до смерти из-за неожиданного «приветствия». Рационально я понимаю, что подобные разговоры — глупость несусветная. Вселенная не следит за тем, что я делаю и каким опасностям подвергаюсь. Тем не менее пока атавистические инстинкты, разбуженные нападением тарантула, постепенно отступали, рациональное мышление не спешило брать на себя полный контроль.

Человек смог уцелеть и победить не в последнюю очередь благодаря своей чувствительности ко всевозможным закономерностям. Мы всегда и во всем ищем связи. Мы обращаем внимание на совпадения. Мы замечаем повторения. Мы придаем значение всему этому. Но лишь некоторые из замеченных закономерностей проистекают из рационального анализа демонстрируемых черт реальности. Многие рождаются из эмоционального желания увидеть подобие порядка в хаосе повседневного опыта.

Порядок и значимость

Я часто говорю так, будто математические уравнения обитают в окружающем нас мире, неустанно контролируя в нем все физические процессы, от кварков до космоса. Возможно, это действительно так. Возможно, когда-нибудь мы установим, что математика вшита в ткань реальности на фундаментальном уровне. Когда работаешь с уравнениями изо дня в день, представляется, что это на самом деле так. Однако я с большей уверенностью готов заявить, что природа подчиняется законам, что Вселенная состоит из ингредиентов, поведение которых определяется некими правилами; собственно, именно на этом утверждении основано путешествие, предпринятое нами в этой книге. Уравнения, лежащие в основе современной физики, представляют собой наши самые точные формулировки этих законов. При помощи многочисленных экспериментов и наблюдений мы установили, что эти уравнения дают чрезвычайно точное описание мира. Но у нас нет никакой гарантии, что они выражены посредством лексикона, изначально присущего природе. Хотя я считаю это маловероятным, но допускаю возможность, что в будущем, когда мы с гордостью покажем инопланетным гостям свои уравнения, они вежливо улыбнутся и скажут, что они тоже начинали с математики и лишь затем открыли настоящий язык реальности.

Исторически физическая интуиция наших предков питалась информацией о закономерностях, очевидных в повседневной жизни, от падающих камней до ломающихся ветвей и несущихся потоков; инстинктивное понимание повседневной механики несет в себе явную пользу для выживания. Со временем мы научились применять свои когнитивные способности и двигаться дальше подобных полезных для выживания интуитивных представлений, освещая и кодифицируя закономерности в самых разных царствах, от микромира отдельных частиц до макромира скоплений галактик, многие из которых обладают очень слабой адаптивной ценностью — а может, не обладают вообще никакой. Формируя интуицию и развивая когнитивные способности, эволюция положила начало нашему образованию в области физики, но более полное понимание пришло к нам посредством человеческого любопытства, выраженного языком математики. Результирующие уравнения, составленные на этом языке, чрезвычайно полезны в исследовании глубокой структуры реальности; тем не менее они вполне могут быть творениями человеческого разума.

Я придерживаюсь этой точки зрения, когда фокус нашего внимания переключается на качества, помогающие оценивать человеческий опыт. Правда и ложь, добро и зло, судьба и цель, ценность и смысл — все это глубоко полезные концепции, но я не отношусь к числу тех, кто верит, будто моральные и ценностные суждения существуют помимо человеческого разума. Мы сами изобретаем эти качества. Мы не берем их с потолка. Наш разум, настроенный дарвиновским отбором, предрасположен к тому, чтобы его привлекали, отталкивали или пугали различные идеи и варианты поведения. Во всем мире забота о малышах оценивается высоко, а инцест вызывает отвращение. Честность в повседневном общении ценится везде, как и верность семье и соотечественникам. По мере того как наши предки объединялись в группы, взаимодействие этих и многих других склонностей с реальными событиями порождало обратную связь: поведение отдельных людей влияло на эффективность групповой жизни и вело к постепенному формированию правил поведения в обществе. В свою очередь, такие кодексы поведения вносили разный вклад в дело выживания тех, кто им следовал[350]. Примерно как естественный отбор сформировал наши интуитивные представления об основах физики, он поучаствовал также в формировании нашего внутреннего чувства морали и шкалы ценностей.

Даже среди тех, кто согласен, что моральный кодекс не спущен свыше и не купается в абстрактном царстве истины, идут здоровые дебаты относительно роли человеческого познания в определении того, как развилась у нас в самом начале чувствительность к подобным вопросам. Некоторые предполагают, что, аналогично схеме развития для физики, эволюция запечатлела в нас некоторое рудиментарное моральное чувство, но наши когнитивные возможности позволили прыгнуть дальше этой встроенной основы и сформировать у себя независимые мнения и верования[351]. Другие предполагают, что мы прекрасно умеем использовать когнитивную ловкость для объяснения своих моральных убеждений, но эти описания просто сказки, варианты рационализации суждений, коренящихся в нашем эволюционном прошлом[352].

Стоит еще раз подчеркнуть, что ни одна из этих позиций не основана на традиционной концепции свободы воли. При описании человеческого поведения мы привлекаем к рассказу сплав факторов, от инстинкта и воспоминаний до восприятия и социальных ожиданий. И все же, как уже говорилось ранее, этот тип высокоуровневого описания, лежащий в основе того, как мы, люди, разбираемся в окружающем мире, получается из сложной цепочки процессов, опирающихся в конечном итоге на динамику фундаментальных составляющих природы. Мы все — наборы частиц, выгодополучатели бесчисленных эволюционных сражений, скинувших оковы с нашего поведения и давших возможность задерживать энтропийный распад. Но подобные триумфы не дают нам власти над физическими процессами, которой могла бы обладать свободная воля; развертывание истории не ждет наших желаний, суждений и моральных оценок. Или, точнее говоря, наши желания, суждения и моральные оценки всего лишь часть поступательного физического развития мира, как диктуют нам бесстрастные законы природы.

Наше описание этого движения вперед включает в себя обезличенные математические правила, которые в символьном виде излагают, как Вселенная будет развиваться от данного момента к следующему. И для большей части прошлого, до появления во Вселенной наборов частиц, способных к рефлексии над реальностью, история в таком виде была полной. Будучи уже знакомы с основными ее деталями, мы можем еще раз пересказать самую проработанную версию этой истории — быстро, кратко и с антропоморфным уклоном для простоты восприятия.

Примерно 13,8 млрд лет назад внутри яростно расширяющегося пространства энергия, содержавшаяся в крохотном, но упорядоченном облаке инфляционного поля, разлетелась, отсекая отталкивающую гравитацию, превращая пространство в ванну частиц и запуская синтез простейших атомных ядер. Там, где квантовая неопределенность делала плотность ванны чуть выше, гравитационное притяжение становилось чуть сильнее, заставляя частицы соединяться в растущие сгустки, образуя звезды, планеты, спутники и другие небесные тела. Ядерный синтез внутри звезд, а также редкие, но мощные столкновения звезд сплавляли простые ядра в более сложные виды атомов, которые, выпав дождем по крайней мере на одну формирующуюся планету, включились в процессы, обусловленные молекулярным дарвинизмом, и собрались в конструкции, способные к самовоспроизведению. Случайные вариации этих конструкций, ставшие обладателями молекулярной плодовитости, получили широкое распространение. И среди них были молекулярные способы извлечения, хранения и рассеяния информации и энергии — рудиментарные процессы жизни, — которые путем медленной и постепенной дарвиновской эволюции становились все совершеннее. Со временем появились сложные, самоуправляемые живые существа.

Частицы и поля. Физические законы и начальные условия. В тех глубинах реальности, в которые нам удалось до сих пор погрузиться, нет никаких свидетельств существования чего-либо еще. Частицы и поля суть элементарные ингредиенты. Физические законы с опорой на начальные условия диктуют развитие. Поскольку реальность обладает квантово-механическими свойствами, формулировки законов носят вероятностный характер, но даже в этих условиях вероятности жестко определяются математикой. Частицы и поля делают то, что они делают, без оглядки на смысл, ценность или значение. Даже когда их безразличная математика выдает в результате жизнь, физические законы сохраняют полный контроль. Живое не способно вмешаться, оно не может отменить эти законы или повлиять на них.

Зато жизнь может способствовать тому, чтобы группы частиц действовали согласованно и проявляли варианты коллективного поведения, новые в сравнении с тем, что можно наблюдать в неодушевленном мире. Частицы, составляющие маргаритки и стеклянные шарики, полностью подчиняются законами природы, но маргаритки растут и поворачивают головки вслед за солнцем, а стеклянные шарики — нет. Посредством отбора эволюция участвует в формировании поведенческого репертуара жизни, выделяя те действия и занятия, которые способствуют выживанию и размножению. К ним в конечном итоге относится и мысль. Способность формировать воспоминания, анализировать ситуации и экстраполировать на основании собственного опыта становится мощной артиллерией в гонке вооружений за выживание. Обеспечив непрерывную цепочку побед на протяжении десятков тысяч поколений, мысль постепенно оттачивается, в результате чего возникают мыслящие виды, обретающие различные степени самосознания. Воля таких существ не свободна в традиционном смысле, то есть не позволяет выйти за рамки развертывания, диктуемого физическим законом, их высокоорганизованная структура разрешает множество разных реакций — от внутренних эмоций до внешних вариантов поведения, — недоступных, по крайней мере пока, для наборов частиц, лишенных жизни и разума.

Добавьте к этому язык, и один такой биологический вид, обладающий самосознанием, поднимается над нуждами момента, чтобы увидеть себя как часть развертывания от прошлого к будущему. При этом победа в сражении больше не является единственной целью. Нам уже мало просто выжить. Мы хотим знать, почему выживание так важно. Нам нужен контекст. Мы ищем целесообразность. Мы определяем ценность. Мы оцениваем поведение. Мы гоняемся за смыслом.

Итак, мы разрабатываем объяснения тому, как Вселенная возникла и как она может закончить свои дни. Мы вновь и вновь рассказываем истории о том, как разум прокладывает себе путь сквозь миры, реальные и выдуманные. Мы придумываем царства, населенные ушедшими предками и всемогущими существами, которые превращают смерть всего лишь в рубеж между нынешним и будущим существованием. Мы рисуем, высекаем, гравируем, поем и танцуем ради того, чтобы прикоснуться к этим иным царствам, или чтобы поклониться им, или просто чтобы отметить будущее чем-то, что расскажет о кратком времени, проведенном нами под солнцем. Возможно, эти страсти овладевают нами и становятся частью того, что значит быть человеком, потому что они способствуют выживанию. Рассказы подготавливают разум к реакции на неожиданное; искусство развивает воображение и изобретательность; музыка обостряет чувствительность к закономерностям; религия связывает приверженцев в сильные сообщества. Или, может быть, объяснение не столь возвышенно: некоторые из этих видов деятельности или все они возникают и сохраняются потому, что сопровождают или сочетаются с другими вариантами поведения и реакции, игравшими более непосредственную роль в содействии выживанию. Но несмотря на то, что их эволюционное происхождение до сих пор служит поводом для споров, эти аспекты человеческого поведения ясно показывают широко распространенную потребность выйти за пределы всего лишь сиюминутного выживания. Они раскрывают всеобщую жажду быть частью чего-то большего, чего-то долговечного. Ценность и смысл, решительно отсутствующие в основании реальности, становятся неотъемлемым свойством беспокойных стремлений, поднимающих нас над безразличной природой.

Смертность и значимость

Готфрид Лейбниц удивлялся, почему существует нечто, а не ничто, однако глубоко личная дилемма состоит в том, что сущности, обладающие самосознанием, такие как мы с вами, впоследствии растворяются в небытии. Для обретения темпоральной перспективы надо осознать, что бурная активность, оживляющая твой собственный разум, однажды прекратится.

В предыдущих главах мы исследовали на фоне этого осознания всю протяженность времени — от лучшего, доступного нам, понимания его начального периода до настолько близкого к его концу, насколько позволяют наши математические теории. Будут ли наши представления развиваться дальше? Конечно. Будут ли подробности, как мелкие, так и значительные, совершенствоваться или заменяться другими? Без сомнения. Но ритм рождения и смерти, формирования и распада, создания и разрушения, который мы видели на протяжении всей шкалы времени, будет сохраняться. Энтропийный тустеп и эволюционные силы отбора обогащают путь от порядка к беспорядку чудесной структурой, но все, будь то звезды или черные дыры, планеты или люди, молекулы или атомы, в конечном итоге распадается. Длительность жизни может быть самой разной. И все же то, что все мы умрем, и то, что род человеческий умрет, и то, что жизнь и разум, по крайней мере в этой Вселенной, практически наверняка обречены на гибель, — все это ожидаемые, заурядные долговременные результаты действия физического закона. Единственная новость — то, что мы это заметили.

Многие уверены — хотя, конечно, большинство относится к этому легко и беззаботно и лишь некоторые глубоко из-за этого переживают, — что мы жили бы намного лучше, если бы смерть полностью устранилась из дел человеческих. Мыслители, начиная с древних мифов и до современной художественной литературы, размышляют над такой возможностью. Может быть, тот факт, что в сюжетах подобных произведений дело не всегда оборачивается очень уж хорошо, тоже говорит о многом. Бессмертные из страны Лаггнегг у Джонатана Свифта продолжают стареть; после 80-летнего возраста их официально объявляют мертвыми, их ждет бесконечная бессильная старость. Прожив более 300 лет, героиня Карела Чапека Элина Макропулос предпочитает сжечь формулу продлевающего жизнь эликсира, чем и дальше влачить существование в состоянии глубочайшей скуки. Живущий в бесконечном мире, где нет смерти, герой «Бессмертного» Хорхе Луиса Борхеса пишет, что «каждый человек здесь никто и каждый бессмертный — сразу все люди на свете. Я — бог, я — герой, я — философ, я — демон, я — весь мир, на деле же это утомительный способ сказать, что меня как такового — нет»[353].

Философы тоже здесь отметились, пытаясь предложить систематическую оценку жизни в мире, лишенном смерти. Некоторые, как Бернард Уильямс, вдохновленный оперной переработкой пьесы Чапека, приходят к столь же мрачным выводам[354]. Уильямс утверждает, что, имея бесконечный запас времени, каждый насытил бы каждое стремление, заставляющее нас двигаться вперед, и замер бы, безучастный, перед лицом отупляюще монотонной вечности. Другие, как Аарон Смутс, отчасти вдохновленный рассказом Борхеса, удовлетворяются тем, что бессмертие лишило бы решения, формирующие человеческую жизнь — как и с кем проводить время, — их последствий, необходимых для придания им значимости. Сделал неверный выбор? Никаких проблем. У тебя впереди вечность, чтобы все исправить. Удовлетворение от успеха тоже пало бы жертвой бессмертия. Тот, чьи способности ограничены, достиг бы своего потолка и затем испытывал вечное разочарование; тот, чьи способности можно углублять беспредельно, знал бы, что гарантированно сможет совершенствоваться вечно, и это убило бы в нем радость победы, которая приходит, когда удается превзойти ожидания[355].

Поводы для беспокойства есть, и серьезные, но я подозреваю, что мы достаточно изобретательны — а имея перед собой бесконечное время, станем еще более изобретательными, — чтобы вырасти в отлично приспособленных к своему состоянию бессмертных. Наши потребности и способности, скорее всего, изменились бы до неузнаваемости, сделав оценки, основанные на том, что занимает и мотивирует нас здесь и сейчас, практически бессмысленными. Если вечная радость жизни потребует от нас другого подхода к радости, мы найдем его, изобретем или разработаем. Конечно, это всего лишь догадка, но мне кажется, вывод о том, что нам непременно станет скучно, указывает на излишне ограниченное представление о бессмертном разуме.

Хотя наука, по всей видимости, будет и дальше увеличивать продолжительность жизни, наше путешествие в далекое будущее указывает на то, что бессмертие останется недостижимым для нас. Несмотря на это, размышления о бесконечной жизни проясняют значение жизни, которая имеет конец. Воображаемая судьба ценности и значимости в бессмертном мире ясно показывает, что в нашем смертном мире, чтобы понять огромное большинство наших решений, выборов, переживаний и реакций, необходимо рассматривать их в контексте ограниченных возможностей и конечной длительности. Не то чтобы мы каждый день, вскакивая с постели, вопили: «Лови момент!», но глубоко укоренившееся сознание того, что количество утренних подъемов в распоряжении каждого ограничено, заставляет интуитивно подсчитывать ценность каждого из них — и эта ценность сильно отличается от той, что была бы назначена им в мире с неограниченным числом повторений. Объяснения, которые мы даем изучаемым предметам, профессии, которые мы осваиваем, работа, которой занимаемся, риски, на которые идем, партнеры, которых выбираем, семьи, которые строим, цели, которые ставим перед собой, тревоги, которые испытываем, — все это отражает признание того, что наши возможности очень скудны, потому что время наше ограничено.

Каждый из нас отзывается на это признание по-своему, но существуют и общие качества, пронизывающие человеческие представления о добре и зле. К ним относится, в частности, удивительно сильная, но часто неосознаваемая потребность в будущем, населенном потомками, которые продолжат жить после нашего ухода.

Потомки

Много лет назад меня пригласили поучаствовать в дискуссии со зрителями в небольшом экспериментальном театре после представления пьесы, в которой герои узнают, что Земля в самом скором времени будет уничтожена астероидом. Вместе со мной в дискуссии должен был участвовать мой брат; продюсеры считали, что комментарии о конце света от братьев, выбравших разные, но в чем-то схожие пути в жизни (один погрузился в науку, другой — в религию), будут интересны зрителям. Откровенно говоря, до этого я не размышлял особенно на эти темы, к тому же в те дни я гораздо легче погружался в энергетику аудитории. Чем больше мой брат говорил о вечном, тем циничнее становился я. «Земля всего лишь скучная планетка у ничем не примечательной звезды на задворках обыкновенной галактики. Если бы астероид уничтожил нас, Вселенная даже бровью не повела бы. В величественной картине мира это попросту не имеет значения». Некоторые приветствовали такую откровенность — насколько я понимаю, это были те, кто считали себя здравомыслящими скептиками, храбро смотрящими в лицо реальности. Но для остальных, к сожалению, мои замечания звучали напыщенно. Ну по крайней мере, один человек в аудитории посчитал их такими: пожилая женщина отчитала меня за то, что я грубо растоптал, как она сказала, нашу общую нужду в дальнейшем существовании нашего биологического вида. «Какая новость подействовала бы на вас сильнее, — спросила она, — что у вас остался год жизни или что через год Земля будет уничтожена?»

Тогда я пробормотал что-то невнятное о том, что это зависит от того, будет ли тот и другой результат связан с физической болью, но позже, в который раз обдумывая этот вопрос, я нашел его неожиданно поучительным. Смертельный диагноз действует на людей по-разному — фокусирует внимание, дает перспективу, пробуждает сожаления, рождает панику, дарует душевное спокойствие, приносит озарение. Я ожидал, что моя собственная реакция будет относиться к одному из перечисленных вариантов. Но перспектива того, что Земля и все человечество будут уничтожены, запустила реакцию иного рода. После такой новости все вокруг показалось бы бессмысленным. Если мой собственный близкий конец повысил бы для меня интенсивность жизни, одарил значимыми моментами, которые в противном случае могли бы утонуть в рутине повседневности, то размышления о конце целого биологического вида, казалось, вызывали противоположный эффект и порождали чувство тщеты. Захотел бы я снова встать утром и заняться физикой? Возможно, просто ради утешения, связанного с привычным действием, но если не останется никого, кто мог бы развить сегодняшний успех, то притяжение будущих знаний ослабнет. Стал бы я дописывать начатую книгу? Возможно, ради удовлетворения от того, что все начатые дела доделаны, но если не останется никого, кто мог бы прочесть книгу, то мотивация явно ослабнет. Стал бы я отправлять детей в школу? Возможно, ради спокойствия, которое дает рутина, но при отсутствии будущего к чему они стали бы готовиться?

Контраст между этой реакцией и тем, как я встретил бы известие о дате собственной смерти, показался мне удивительным. Если одно известие делало ощущение ценности жизни только интенсивнее, то другое, кажется, полностью его ликвидировало. В прошедшие годы понимание этого помогло мне определиться с мыслями о будущем. Юношеское озарение о том, что математика и физика способны преодолевать время, пришло ко мне задолго до этого; я давно уже был убежден в экзистенциальной значимости будущего. Но мое представление о будущем было абстрактным. Это было царство уравнений, теорем и законов, а не место, населенное камнями, деревьями и людьми. Я не последователь Платона, но все же я, по существу, представлял, что математика и физика преодолеют не только время, но и обычные атрибуты материальной реальности. Сценарий Судного дня прояснил мои мысли и показал, что наши уравнения, теоремы и законы, даже те, что приоткрывают для нас фундаментальные истины, не имеют самостоятельной ценности. В конечном итоге это всего лишь наборы линий и закорючек, нарисованных на досках и напечатанных в журналах и учебниках. Их ценность полностью зависит от тех, кто их понимает и ценит. Их значимость проистекает из разумов, в которых они живут.

Это уточнение мыслей зашло гораздо дальше роли уравнений. Заставив меня представить себе будущее, лишенное субъектов, способных принять все, что мы ценим, лишенное кого бы то ни было, кто мог бы добавить собственный иконический отпечаток и передать все это будущим поколениям, сценарий Судного дня наглядно продемонстрировал, насколько пустым оказалось бы такое будущее. Если бессмертие отдельного человека может быть лишено смысла, бессмертие биологического вида представляется необходимым для его присутствия.

Я не могу сказать наверняка, насколько распространенной была бы такая реакция на новость о неминуемом конце, но мне кажется, что это была бы обычная реакция. Философ Сэмюэл Шеффлер недавно инициировал научное исследование на эту тему с использование одного из вариантов вопроса, заданного мне несколько десятилетий назад. Как бы вы отреагировали, спрашивает Шеффлер, если бы узнали, что через 30 дней после вашей смерти все оставшееся будет уничтожено? Это более показательный вариант сценария; он исключает преждевременную смерть самого человека и потому сильнее фокусирует внимание на роли потомков в оценке значимости. Тщательно обоснованное заключение Шеффлера созвучно моим собственным неформальным размышлениям: Наши тревоги и обязательства, наши ценности и суждения о важности, наши представления о том, что имеет значение, и что стоит делать, — все это сформировано и поддерживается на общем фоне, предполагающем по умолчанию, что человеческая жизнь сама по себе есть процветающее непрерывное предприятие. Нам необходимо, чтобы у человечества было будущее, чтобы сама идея о том, что какие-то вещи имеют значение, надежно сохраняла место в нашем концептуальном репертуаре[356].

Другие философы тоже рассматривают эту проблему, взвешивают мнения и предлагают более разнообразные решения. Сьюзан Вольф предполагает, что осознание нашей общей судьбы может поднять заботу о ближних на новую высоту, но тем не менее она тоже согласна, что представление о будущем, населенном людьми, необходимо для придания нашим предприятиям смысла[357]. Гарри Франкфурт предлагает иную точку зрения; он считает, что многое из того, что мы ценим, в первую очередь художественные творения и научные исследования, не пострадает в сценарии Судного дня. Внутреннего удовлетворения от этих действий, уверен он, будет достаточно, чтобы многие продолжили ими заниматься. Я уже привел свои возражения в отношении научных исследований, что лишний раз подчеркивает один момент, очевидный, но показательный: реакция людей на такую новость была бы разной[358]. Лучшее, что мы можем сделать, — это представить себе доминирующие тенденции. Для меня и для многих других участие в творческих занятиях и ученых исследованиях дает возможность ощутить себя частью длинной, богатой и непрерывной цепочки человеческого диалога. Даже если написанная мною физическая статья не перевернет мир, она тем не менее позволит мне ощутить себя частью беседы. Но если я знаю, что мое слово станет последним и что в будущем некому будет задуматься над моими словами, то зачем мне, спрашивается, суетиться.

В сценарии Шеффлера, так же как в вопросе, заданном мне многие годы назад, Судные дни носят гипотетический характер, но масштабы времени в вопросе гибели мира вполне представимы. Судные дни, с которыми мы разбирались в этой книге, вполне реальны, но назначаемое для них время делает их очень и очень отдаленной перспективой. Влияет ли на выводы это изменение масштаба, причем изменение колоссальное? Этот вопрос рассматривают и Шеффлер, и Вольф; он обыгрывается и в чудесной сцене в фильме «Энни Холл», где девятилетний Элви Сингер решает, что нет смысла делать уроки, поскольку через несколько миллиардов лет расширяющаяся Вселенная распадется и все погибнет. Психологу Элви, не говоря уже о его матери, тревога мальчика кажется абсурдной. Зрители смеются, потому что считают страх Элви нелепым. Шеффлер разделяет эти представления, но отмечает, что не в состоянии принципиально понять, почему мы считаем нормальным переживать экзистенциальный кризис перед лицом неминуемой гибели, но глупым делать то же самое, если эта гибель отнесена далеко в будущее. Он приписывает это сложности осознания нами масштабов времени, выходящих далеко за пределы человеческого опыта. Вольф соглашается с этим, отмечая, что если немедленная гибель человечества лишает жизнь смысла, то же должно быть верно, даже если этот конец еще далеко. В самом деле, замечает она, по космическим меркам задержка в несколько миллиардов лет — вовсе не большая.

Я согласен с этим. Всей душой согласен.

Как мы неоднократно видели, представление о длительных и коротких промежутках времени не абсолютно. Долго или коротко, зависит от точки зрения. Время, представленное обзорной площадкой Эмпайр-стейт-билдинг на 86-м этаже, громадно по нашим повседневным стандартам, но сравнивать этот промежуток времени со временем, представленным 100-м этажом, — все равно что сравнивать мгновение ока и 10 000 веков. Наша привычная человеческая точка зрения ведет нас к суждениям хотя и верным в принципе, но также ограниченным. Поэтому я вижу в сценарии неизбежной гибели не более чем инструмент, позволяющий при помощи искусственной проблемы вызвать вполне аутентичный отклик. Представление, которое мы получаем, остается верным для конца, который ожидает наших потомков в далеком будущем; это будущее, если рассматривать его в более широком контексте, отстоит от нас всего лишь на мгновение.

Хотя усвоить масштабы времени, существенно выходящие за рамки всего, что мы испытываем на собственном опыте, и правда нелегко, путешествие, предпринятое нами в этой книге, наполнило космическую шкалу времени отметками, которые помогают сделать абстрактное конкретным. Не могу сказать, что внутренне ощущаю шкалу времени, размеченную на метафорическом здании «Эмпайр-стейт-билдинг», точно так же, как я ощущаю временные шкалы повседневной жизни, или моего поколения, или даже нескольких поколений, но последовательность трансформирующих событий, которые мы рассматривали, обеспечивает мне опорные точки для ориентирования в будущем. Нет нужды петь мантры, и поза лотоса также опциональна, но, если вы отыщете тихое местечко и позволите своему сознанию медленно и свободно проплыть вдоль космической шкалы времени, пройдя через нашу эпоху и дальше, мимо эпохи далеких удаляющихся галактик, мимо эпохи величественных планетных систем, мимо эпохи грациозных закрученных галактик, мимо эпохи выгоревших звезд и блуждающих планет, мимо эпохи тлеющих и исчезающих черных дыр и дальше, к холодному, темному, почти пустому, но потенциально бесконечному простору — где о том, что мы когда-то существовали, свидетельствует лишь отдельная частица, расположенная здесь, а не там, или другая отдельная частица, движущаяся туда, а не сюда, — и если вы хоть сколько-то похожи на меня и позволите этой картине полностью улечься в вашем сознании, тот факт, что мы забрались фантастически далеко в будущее, едва ли сильно ослабит потрясающее, проникнутое благоговением чувство, которое поднимется в груди. Мало того, в одном принципиально важном смысле этот громадный промежуток времени только добавляет веса почти невыносимой легкости бытия; в сравнении с достигнутым нами масштабом времени эпоха жизни и разума выглядит пренебрежимо малой. По сегодняшним меркам весь ее размах, от первых микроорганизмов до последней мысли, должен быть меньше промежутка времени, необходимого свету, чтобы пересечь атомное ядро. Полная длительность существования человечества — не важно, уничтожим мы себя сами в ближайшие несколько столетий, будем стерты с лица земли природной катастрофой в ближайшие несколько тысячелетий или найдем каким-то образом способ продолжать существование до смерти Солнца, гибели Млечного Пути или даже полного распада сложного вещества, — все равно останется быстротечной.

Мы эфемерны. Мы недолговечны.

Тем не менее наше мгновение редко и необыкновенно, и признание этого позволяет сделать недолговечность жизни и редкость самосознания основой для системы ценностей и фундаментом для благодарности. Мы можем, конечно, жаждать прочного наследия, но ясность, которую мы получаем от изучения космической шкалы времени, открывает нам, что эта цель недостижима. Но эта самая ясность подчеркивает, как исключительно чудесно то, что маленький набор частиц Вселенной может подняться, исследовать себя и реальность, в которой обитает, определить, насколько краток и преходящ его век, что он способен при помощи краткой вспышки активности создавать красоту, устанавливать взаимосвязи и разгадывать загадки.

Смысл

В большинстве своем мы не слишком озабочены необходимостью подниматься над повседневностью. Большинство из нас позволяет цивилизации заслонять себя от понимания того, что все мы — часть мира, который, когда мы уйдем, будет и дальше шуметь вокруг, практически не заметив нашего ухода. Мы сосредоточиваем свою энергию на том, что можем контролировать. Мы строим общество. Мы принимаем участие. Мы заботимся. Мы смеемся. Мы бережем. Мы утешаем. Мы оплакиваем. Мы любим. Мы празднуем. Мы освящаем. Мы сожалеем. Мы трепещем от достижений, иногда своих собственных, иногда тех людей, кого мы уважаем или боготворим.

При помощи всего этого мы привыкаем смотреть на мир в поисках чего-то возбуждающего или успокаивающего, способного удержать наше внимание или побыстрее доставить нас куда-нибудь в новое место. Тем не менее научное путешествие, которое мы предприняли, позволяет предположить, что Вселенная существует не для того, чтобы служить ареной для жизни и разума. Жизнь и разум всего лишь пара вещей, которые иногда случаются. А потом заканчиваются. Я раньше представлял себе, что путем изучения Вселенной, очищения ее от всего поверхностного в фигуральном и буквальном смысле мы получим достаточно ответов на вопросы «как?», чтобы хотя бы краем глаза увидеть ответ на вопрос «почему?». Но чем больше мы узнаем, тем сильнее мне кажется, что эта позиция ориентирована не в ту сторону. То, что нам, мимолетным, самосознающим поселенцам Вселенной, хочется, чтобы она обняла и приняла нас, понятно, но это, попросту говоря, не то, чем Вселенная занимается.

Тем не менее увидеть нашу ситуацию в контексте означает понять, что наше существование поразительно. Повторите Большой взрыв заново, чуть сдвинув положение этой частицы или величину того поля, — и практически для любого пустячного изменения новое космическое развертывание не будет включать вас, или меня, или биологический вид человека, или планету Земля, или вообще все, что мы глубоко ценим. Если бы какой-нибудь сверхразум взглянул на новую вселенную в целом, примерно как мы смотрим на набор брошенных монет или воздух, которым дышим, он пришел бы к выводу, что новая вселенная очень похожа на оригинал. Для нас же она сильно отличалась бы от оригинала. В ней не было бы никаких «нас», чтобы заметить это. Выводя из фокуса внимания мелкие подробности, энтропия дает нам необходимый организующий принцип для понимания крупномасштабных тенденций в трансформации вещей. Но если нам, как правило, неважно, эта ли монета легла орлом, та ли — решкой, или где именно находится в данный момент конкретная молекула кислорода, существуют определенные тонкие подробности, которые нам небезразличны. Глубоко небезразличны. Мы существуем, потому что наши конкретные конфигурации частиц выиграли сражение против поразительного множества других конфигураций, которые тоже стремятся быть реализованными. Но по милости слепого шанса, направляемого законами природы, мы здесь.

Эта реализация отдается эхом на каждом этапе человеческого и космического развития. Подумайте о том, что Ричард Докинз описывал как почти бесконечное множество потенциальных людей, возможных носителей почти бесконечного множества пар оснований в молекулах ДНК, которые никогда не родятся. Или подумайте о мгновениях, составляющих космическую историю, от Большого взрыва через ваше рождение и до сего дня, наполненную квантовыми процессами, неумолимый вероятностный ход которых на каждой из почти бесконечного множества развилок мог выдать в итоге тот результат вместо этого, отчего появилась бы столь же разумная вселенная, но вселенная, где нет вас и меня[359]. И все же, при поистине астрономическом числе возможных вариантов, ваша и моя молекулярные конфигурации существуют в данный момент. Как чертовски маловероятно! Как волнующе великолепно!

Строго говоря, дар на самом деле еще больше: наши конкретные молекулярные комбинации, наши специфические химические, биологические и неврологические конфигурации дают нам завидные возможности, занимавшие в значительной степени наше внимание в предыдущих главах. Если в большинстве своем жизнь, чудесная сама по себе, накрепко привязана к настоящему моменту, мы можем выйти за рамки времени. Мы умеем думать о прошлом и воображать будущее. Мы можем взять Вселенную и проанализировать ее, мы можем исследовать ее сознанием и телом, разумом и эмоциями. Из нашего уединенного уголка космоса мы, воспользовавшись творческим началом и воображением, формируем миры, и образы, и структуры, и звуки, выражая через них свои стремления и разочарования, свои расстройства и откровения, свои неудачи и триумфы. При помощи изобретательности и упорства мы пытаемся прикоснуться к самым пределам внешнего и внутреннего пространства, открывая фундаментальные законы, по которым светят звезды и движется свет, идет время и расширяется пространство, — законы, которые позволяют нам заглянуть в прошлое, в кратчайшее мгновение после начала Вселенной, а затем перевести взгляд, чтобы увидеть ее конец.

Эти головокружительные озарения сопровождаются глубокими и настойчивыми вопросами. Почему существует нечто, а не ничто? Что зажгло первую искру жизни? Как появилось осознанное восприятие? Мы рассмотрели целый ряд предположений, но определенные ответы от нас упрямо ускользают. Возможно, наш мозг, хорошо приспособленный для выживания на планете Земля, по структуре своей просто не приспособлен для разгадывания этих загадок. Или, может быть, поскольку наш интеллект продолжает эволюционировать, в будущем наши отношения с реальностью приобретут совершенно иной характер, в результате чего сегодняшние неразрешимые вопросы потеряют смысл. То и другое вполне возможно, но тот факт, что мир, каким мы его сегодня знаем, оставаясь загадочным, сохраняет при этом полную математическую и логическую согласованность, подсказывает мне, что на самом деле неверно и то и другое. Мы не страдаем недостатком интеллекта. Мы также не смотрим в стену Платоновой пещеры, не подозревая об истине радикально иного рода, которая находится совсем рядом и способна неожиданно дать нам поразительную новую ясность.

Двигаясь полным ходом к холодному бесплодному космосу, мы должны принять тот факт, что никакого величественного замысла не существует. Частицы не наделены целью. Нигде в глубинах космоса не существует окончательного ответа, ожидающего своего открытия. Вместо этого имеются особые наборы частиц, способные мыслить, чувствовать и рассуждать, и внутри собственных субъективных миров они могут создавать для себя цели. Так что единственное направление, в котором мы можем двигаться в попытке познать природу человека, — это внутрь себя. Это благородное направление поиска. Это направление, которое отказывается от готовых ответов и обращается к очень личному пути построения собственного смысла. Это направление, которое ведет в самое сердце творческого самовыражения, к источнику наших самых звучных историй. Наука — мощный изысканный инструмент познания внешней реальности. Но в рамках этого направления, в рамках этого понимания, все остальное — это самопознание человеческого вида, пытающегося разобраться, что нужно ему для продолжения пути, и рассказывающего историю, которая реверберирует в темноте, историю, высеченную в звуке и выгравированную в молчании, историю, которая в лучших своих проявлениях волнует душу.

Благодарности

Я благодарен множеству людей за ценные советы и консультации, полученные мною во время написания книги «До конца времен». Рафаэль Ганнер, Кен Вайнберг, Трейси Дей, Майкл Дуглас, Саакши Дулани, Ричард Истер, Джошуа Грин, Венди Грин, Рафаэль Каспер, Эрик Лапфер, Маркус Посель, Боб Шайе и Дорон Вебер вдумчиво прочли мою рукопись, иногда не по одному разу, и высказали свои мнения, замечания и предложения, существенно улучшившие результат, за что я им глубоко благодарен. За тщательное прочтение и оценку конкретных разделов и глав, а также за ответы на мои вопросы я благодарен Дэвиду Альберту, Андреасу Альбрехту, Барри Бэришу, Майклу Бассету, Джесси Берингу, Брайану Бойду, Паскалю Буайе, Вики Карстенс, Дэвиду Чалмерсу, Джудит Кокс, Дину Элиоту, Джереми Ингленду, Стюарту Файрстейну, Майклу Грациано, Сандре Кауфман, Уиллу Кинни, Андрею Линде, Ави Лёбу, Самиру Матуру, Питеру де Менокалу, Брайану Метцгеру, Али Моусами, Филу Нельсону, Молику Париху, Стивену Пинкеру, Адаму Риссу, Бенджамину Смиту, Шелдону Соломону, Полу Стейнхардту, Джулио Тонони, Джону Вэлли и Алексу Виленкину. Я благодарен всей команде издательства Knopf, включая выпускающего редактора Эми Райан, помощника редактора Эндрю Вебера, дизайнера Чипа Кидда, технического редактора Риту Мадригал и моего редактора Эдварда Кастенмейера, которые сделали много глубоких продуманных предложений и вместе с моим агентом Эриком Симоноффом всесторонне поддерживали проект на всех этапах его реализации. Наконец, я сердечно благодарен за преданную любовь и поддержку моей семье: маме Рите Грин; сестрам Венди и Сьюзен Грин и брату Джошуа Грину; детям Алеку Дею Грину и Софии Дей Грин; и моей жене и дражайшему другу Трейси Дей.

Об авторе

Брайан Грин — профессор физики и математики в Колумбийском университете, известен многочисленными прорывными открытиями в области теории струн. Автор бестселлеров по версии The New York Times — «Элегантная Вселенная», «Ткань космоса» и «Скрытая реальность». Грин был ведущим двух отмеченных премиями минисериалов студии NOVA, основанных на его книгах, является одним из создателей Всемирного фестиваля науки. Грин с женой и детьми живет в Эндесе (штат Нью-Йорк) и в Нью-Йорке.

Примечания

1

Это слова моего давнего наставника, аспиранта на кафедре математики Колумбийского университета в 1970-е гг., Нила Беллинсона, великодушно тратившего свое время и уникальный талант на обучение математике молодого студента — меня, — которому нечего было предложить взамен, кроме сохранения страсти к учению. Мы тогда обсуждали работу о человеческой мотивации, которую я писал для курса психологии в Гарварде. Курс вел Дэвид Басс, работающий сейчас в Университете Техаса в Остине.

2

Шпенглер О. Закат Европы. — М.: Попурри, 2019.

3

Там же.

4

Otto Rank, Art and Artist: Creative Urge and Personality Development, trans. Charles Francis Atkinson (New York: Alfred A. Knopf, 1932), 39.

5

Сартр излагает эту точку зрения через размышления приговоренного к казни героя рассказа «Стена» Пабло Иббиеты. Jean-Paul Sartre, The Wall and Other Stories, trans. Lloyd Alexander (New York: New Directions Publishing, 1975), 12.

6

Джеймс У. Многообразие религиозного опыта. — М.: Наука, 1993. С. 114 [В русском переводе, выполненном для издания 1910 года, дословность этой цитаты нарушена «.и для нас уже отравлены все источники радости». Однако выражение Джеймса про «червя в сердцевине» стало важной цитатой в англоязычной культуре. Поэтому в основном тексте перевод дается по: Шермер М. Небеса на земле. — М.: Альпина нон-фикшн, 2019. — Прим. науч. ред.]

7

Ernest Becker, The Denial of Death (New York: Free Press, 1973), 31. Беккер считал, что доминирующее влияние на него оказал Отто Ранк.

8

Ральф Уолдо Эмерсон — американский поэт и мыслитель. — Прим. ред.

9

Ralph Waldo Emerson, The Conduct of Life (Boston and New York: Houghton Mifflin Company, 1922), прим. 38, 424.

10

Эдвард Уилсон прибегает к слову «consilience» (совпадение, стечение), чтобы описать свое представление о том, как разрозненные знания сливаются воедино и дают более глубокое понимание. E. O. Wilson, Consilience: The Unity of Knowledge (New York: Vintage Books, 1999).

11

В последующих главах я представлю данные, указывающие на повсеместное влияние зарождающегося у человечества осознания собственной смертности, но поскольку неоспоримых данных, позволяющих судить о настроениях древнего человека, у нас нет, то вывод этот принимается не всеми. Изложение альтернативной точки зрения, согласно которой страх смерти — современный недуг, см., к примеру: Philippe Aries, The Hour of Our Death, trans. Helen Weaver (New York: Alfred A. Knopf, 1981). Точка зрения Беккера, построенная на озарениях Отто Ранка, состоит в том, что наш биологический вид насквозь пропитан страхом смерти.

12

Набоков В. Память, говори. — СПб.: Симпозиум, 1999.

13

Robert Nozick, "Philosophy and the Meaning of Life," in Life, Death, and Meaning: Key Philosophical Readings on the Big Questions, ed. David Benatar (Lanham, MD: The Rowman & Littlefield Publishing Group, 2010), 73–74.

14

Emily Dickinson, The Poems of Emily Dickinson, reading ed., ed. R. W. Franklin (Cambrige, MA: The Belknap Press of Harvard University Press, 1999), 307.

15

Henry David Thoreau, The Journal, 1837–1861 (New York: New York Review Books Classic, 2009), 563.

16

Franz Kafka, The Blue Octavo Notebooks, trans. Ernst Kaiser and Eithne Wilkens, ed. Max Brod (Cambridge, MA: Exact Change, 1991), 91.

17

Передача по Третьей программе Би-би-си, вышедшая в эфир 28 января 1948 г. в 21:45, представляла собой запись дискуссии, состоявшейся в предыдущем году. https://genome.ch.bbc.co.uk/35b8e9bdcf60458c976b882d80d9937f

18

Рассел Б. Внесла ли религия полезный вклад в цивилизацию? // Рассел Б. Почему я не христианин. М., 1987. С 120.

19

Разумеется, это очень упрощенное описание паровой машины, построенной на основе так называемого цикла Карно, содержащего четыре этапа: (1) пар в емкости поглощает тепло от источника (описываемого обычно как тепловой резервуар) и толкает поршень, производя работу при постоянной температуре; (2) емкость отключается от источника тепла, и пар продолжает толкать поршень, производя теперь работу с одновременным падением температуры пара (но его энтропия при этом постоянна, ведь теплопередачи нет); (3) затем емкость подключается ко второму тепловому резервуару, температура которого ниже, чем температура первого, и при этой более низкой постоянной температуре производится работа по возвращению поршня в первоначальную позицию, в процессе излишнее тепло сбрасывается; (4) наконец, емкость отсоединяется от холодного резервуара, над поршнем продолжает выполняться работа; поршень возвращается в первоначальное положение, а температура пара при этом вновь поднимается до первоначального уровня. После этого цикл начинается с начала. В реальной паровой машине — в отличие от теоретической, которую мы анализируем математически, — эти этапы (или сравнимые с ними) реализуются разными способами, диктуемыми инженерными и практическими соображениями.

20

Карно С. Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу. — М.: Государственное издательство, 1923.

21

Представление бейсбольного мяча в виде единичной массивной частицы без внутренней структуры — грубая аппроксимация этого самого мяча. Однако применение Ньютоновых законов к этой приближенной модели мяча дает точное классическое движение центра масс мяча. Для движения центра масс третий закон Ньютона гарантирует, что все внутренние силы уравновешивают друг друга, поэтому движение центра масс зависит исключительно от приложенных к мячу внешних сил.

22

В исследовании под заголовком «Как часто чихают и сморкаются нормальные люди?» (B. Hansen, N. Mygind, "How often do normal persons sneeze and blow the nose?" Rhinology 40, no. 1 [Mar. 2002]: 10–12) утверждается, что в среднем люди чихают примерно раз в сутки. Поскольку людей на Земле около 7 млрд, это дает нам 7 млрд чиханий в сутки на весь мир. В сутках 86 400 секунд, поэтому получаем около 80 000 чиханий в секунду в мире.

23

Данное мной описание годится для краткого обзора, но существуют экзотические физические системы, в которых для того, чтобы разрешить обратную последовательность событий, мы должны подвергнуть систему еще двум манипуляциям, помимо обращения времени: мы должны также заменить все заряды частиц на обратные (так называемое зарядовое сопряжение) и заменить роли лево- и правосторонности (так называемая замена четности). Законы физики, как мы их сегодня понимаем, неизменно уважают совокупную замену всех трех этих знаков, о чем свидетельствует утверждение, известное как CPT-теорема (где C означает charge conjugation, то есть зарядовое сопряжение, P — parity reversal, то есть смену четности, а T — time reversal, то есть обращение времени).

24

Для двух решек расчет выглядит так: (100 х 99)/2 = 4950; для трех так: (100 х 99 х 98)/3! = 161 700; для четырех: (100 х 99 х 98 х 97)/4! = 3 921 225; для пяти: (100 х 99 х 98 х 97 х 96)/5! = 75 287 520; для 50 решек расчет таков: (100!/(50!)2) = 100 891 344 545 564 193 334 812 497 256.

25

Точнее, энтропия есть логарифм числа членов в заданной группе. Эта важная математическая особенность гарантирует, что энтропия обладает разумными физическими свойствами (к примеру, когда две системы объединяют, их энтропии складываются), но при рассмотрении качественных свойств ее вполне можно проигнорировать. В главе 10 мы будем неявно пользоваться более точным определением, но пока хватит и этого.

26

В этом примере мы для простоты будем рассматривать только пар — молекулы H_2O, плавающие в вашей ванной комнате. Мы не будем обращать внимание на воздух и другие вещества, которые там тоже присутствуют. Мы проигнорируем также внутреннее строение молекул воды и будем рассматривать их как бесструктурные точечные частицы. Когда речь пойдет о температуре пара, помните, что жидкая вода превращается в пар при 100 °C, но, если пар уже образован, его температуру можно поднять и выше этого значения.

27

Физически температура пропорциональна средней кинетической энергии частиц, поэтому математически она вычисляется путем усреднения квадрата скорости каждой частицы. Для наших целей достаточно рассматривать температуру в терминах средней скорости — средней по величине.

28

Точнее, первое начало термодинамики представляет собой вариант закона сохранения энергии, который (1) признает теплоту как форму энергии и (2) учитывает работу, произведенную системой или над системой. Таким образом, сохранение энергии означает, что изменение внутренней энергии системы возникает из-за разницы между полным количеством теплоты, которую она получает, и полной работой, которую производит. Особенно хорошо информированный читатель, возможно, отметит, что когда мы рассматриваем энергию и ее сохранение в глобальном масштабе — по всей Вселенной, — то появляются тонкости. Нам нет нужды их разбирать, поэтому мы вполне можем просто принять утверждение о том, что энергия сохраняется.

29

Примерно так же, как в примере с паром в вашей ванной, где я оставил без внимания молекулы воздуха, для простоты я не буду явно рассматривать столкновения между горячими молекулами, вылетевшими из пекущегося хлеба, и более холодными молекулами воздуха, летающими по вашей кухне и по всему дому. Такие столкновения должны в среднем увеличивать скорость молекул воздуха и уменьшать скорость тех, что вылетели из хлеба, приводя в конечном итоге оба типа молекул к одинаковой температуре. Понижение температуры молекул хлеба должно снижать их энтропию, но повышение температуры молекул воздуха более чем компенсирует повышение энтропии, так что суммарная энтропия обеих групп на самом деле повысится. В упрощенном варианте, который я описал, можно считать среднюю скорость молекул, высвобожденных хлебом, постоянной в процессе их распространения; тогда их температура будет оставаться постоянной, так что повышение их энтропии будет происходить вследствие того, что они заполняют больший объем.

30

Для подкованного в математике читателя скажу, что в основе данного обсуждения (так же как и в большинстве изложений статистической механики в учебниках и исследовательской литературе) лежит ключевое формальное предположение. Для любого заданного макросостояния существуют сопоставимые микросостояния, которые будут развиваться в направлении более низкоэнтропийных конфигураций. К примеру, рассмотрим обращение во времени любого развития событий, результатом которого стало заданное микросостояние, берущее начало в более ранней низкоэнтропийной конфигурации. Такое «перевернутое во времени» микросостояние должно развиваться по направлению к более низкой энтропии. В общем случае мы классифицируем такие микросостояния как «редкие» или «специализированные». Математически такая классификация требует определения меры на пространстве конфигураций. В знакомых ситуациях использование равномерной меры на таком пространстве действительно делает начальные условия со снижением энтропии «редкими» — то есть с малой мерой. Однако, если мера выбрана так, чтобы достигать пиковых значений в окрестностях таких начальных конфигураций со снижением энтропии, они по построению не будут редкими. Насколько нам известно, выбор меры производится эмпирически; для систем того рода, что мы встречаем в повседневной жизни, равномерная мера выдает предсказания, которые хорошо согласуются с наблюдениями; то же можно сказать о введенной нами мере. Но важно отметить, что выбор меры оправдывается экспериментом и наблюдением. Когда мы рассматриваем экзотические ситуации (такие как ранняя Вселенная), для которых у нас нет данных, позволяющих выбрать конкретную меру, приходится признать, что интуиция о «редких» или «оригинальных» состояниях не имеет такой же эмпирической базы.

31

Есть несколько важных моментов, которые мы в этом абзаце обошли молчанием и которые меняют смысл понятия «максимальная энтропия», когда речь идет о Вселенной. Во-первых, в этой главе мы не принимаем во внимание роль гравитации. В Главе 3 мы это сделаем. И, как мы увидим, гравитация оказывает глубокое влияние на природу высокоэнтропийных конфигураций частиц. Мало того, хотя мы не будем на этом сосредоточиваться, в заданном конечном объеме пространства конфигурацией с максимальной энтропией является черная дыра — объект, сильно зависящий от гравитации, — которая полностью заполняет пространственный объем (подробности можно посмотреть, к примеру, в моей книге «Ткань космоса», в главах 6 и 16). Во-вторых, если мы рассмотрим сколь угодно большие — даже бесконечно большие — области пространства, то конфигурациями с наибольшей энтропией для заданного количества вещества и энергии будут те, в которых составляющие их частицы (вещество и/или излучение) равномерно распределены по все возрастающему объему. В самом деле черные дыры, как мы узнаем в главе 10, в конечном итоге испаряются (посредством процесса, открытого Стивеном Хокингом), порождая все более высокоэнтропийные конфигурации, в которых частицы распределены все более равномерно. В-третьих, для целей данного раздела единственный нужный нам факт состоит в том, что энтропия, присутствующая в настоящий момент в любом заданном объеме пространства, имеет немаксимальное значение. Если бы этот объем содержал, скажем, комнату, в которой вы в настоящее время находитесь, — энтропия увеличилась бы, если бы все частицы, из которых состоите вы, ваша мебель и все остальные материальные структуры комнаты, коллапсировали в маленькую черную дыру, которая затем испарилась бы, испуская частицы, распространяющиеся по все большему объему пространства. Так что само существование интересных материальных структур — звезд, планет, жизни и т. п. — подразумевает, что энтропия сейчас ниже, чем она потенциально могла бы быть. И именно такие особые, сравнительно низкоэнтропийные конфигурации требуют объяснения. В следующей главе мы попробуем объяснить их возникновение.

32

Для особенно кропотливого читателя стоит, пожалуй, оговорить еще одну дополнительную деталь. Когда пар выталкивает поршень, он тратит на это часть той энергии, которую получил из топлива, но при этом пар не передает поршню никакой энтропии (предполагается, что поршень имеет ту же температуру, что и пар). В конце концов, находится ли поршень здесь или, будучи вытолкнутым, он находится на небольшом расстоянии отсюда, никак не сказывается на внутреннем порядке или беспорядке в нем; энтропия поршня не меняется. Поскольку поршню энтропия не передается, она полностью остается в паре. Это означает, что, когда поршень, готовясь к следующему толчку, возвращается в первоначальное положение, пар должен каким-то образом избавиться от избытка энтропии, который в нем накопился. Это достигается, как подчеркивается в этой главе, тем, что паровая машина сбрасывает тепло в окружающую среду.

33

Рассел Б. Поклонение свободного человека // Рассел Б. Почему я не христианин. М., 1987. С. 16.

34

Georges Lemaître, "Recontres avec Einstein", Revue desQuestions scientifiques 129 (1958): 129-32. [Репринт: RQS, 183 (2012): 541-5. Английский перевод: http://inters.org/lemaitre-einsten. Хотя эту фразу часто приводят в кавычках как дословную цитату Эйнштейна, в действительности она является меметизированным пересказом фрагмента воспоминаний Леметра о встречах с Эйнштейном. В исходной публикации это изложено так: "Après quelques remarques techniques favorables, il conclut en disant que du point de vue physique cela lui paraissait tout à fait abominable." — «После нескольких благосклонных технических замечаний он в заключение сказал, что с физической точки зрения это кажется ему совершенно отвратительным». Также вряд ли можно считать корректным выражение «отмахнулся» (в оригинале у Б. Грина "dismissed him out of hand"). Разговор с Эйнштейном начался на прогулке по парку в ходе Сольвеевского конгресса (1927) и был достаточно обстоятельным, чтобы пригласить Леметра продолжить его в такси. — Прим. науч. ред.] В полной истории обращения Эйнштейна к идее расширяющейся Вселенной участвовали два фактора. Во-первых, Артур Эддингтон показал математически, что более раннее предположение Эйнштейна о статичной Вселенной сталкивается с технической проблемой: решение неустойчиво, а именно — если пространство слегка подтолкнуть к расширению, то расширение пространства продолжится, а если слегка же подтолкнуть к сжатию, то пространство будет сжиматься и дальше. Во-вторых, из наблюдательных данных, как уже говорилось в этой главе, становилось все яснее, что пространство не статично. Сочетание того и другого убедило Эйнштейна отказаться от представления о статичной Вселенной (хотя некоторые утверждают, что именно теоретические соображения могли оказать на него наиболее серьезное влияние). Подробности этой истории можно найти в статье: Harry Nussbaumer, "Einstein's conversion from his static to an expanding universe", European Physics Journal — History 39 (2014): 37–62.

35

Alan H. Guth, "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems", Physical ReviewD 23 (1981): 347. Формальный физический термин для обозначения «космического топлива» — скалярное поле. В отличие от более привычных электрического и магнитного полей, которые дают вектор в каждой точке пространства (величину и направление электрического или магнитного поля в этой точке), скалярное поле дает в каждой точке пространства лишь одно число (либо числа, из которых можно определить энергию поля и давление).

36

Обратите внимание: в статье Гута, как и во многих последующих работах, подчеркивается роль инфляции в разрешении целого ряда космологических вопросов, прежде ставивших исследователей в тупик, — проблемы монополя, проблемы горизонта и, самое заметное, проблемы кривизны пространства. Доступный и полезный разбор этих вопросов см. в: Alan Guth, The Inflationary Universe (New York: Basic Books, 1998). Мне, вслед за Гутом, нравится объяснять инфляцию, поднимая более интуитивно понятный вопрос об определении внешнего толчка, давшего начало пространственному расширению Большого взрыва. [На русском языке вопрос весьма доходчиво изложен в книге Виленкин А. Мир многих миров. М.: CORPUS, Астрель, 2010. — Прим. науч. ред.]

37

Остывание, о котором идет речь, происходит после завершения инфляционного взрыва, когда Вселенная уже вошла в фазу менее стремительного, но все еще значительного пространственного расширения. Для простоты я обошел вниманием кое-какие промежуточные этапы развертывания космоса. Ранняя Вселенная остывала потому, что значительная часть содержавшейся в ней энергии несла в себе электромагнитные волны, а эти волны с расширением пространства растягиваются. Удлинение электромагнитных волн — так называемое красное смещение — уменьшает их энергию и снижает их общую температуру. Заметьте, однако, что, несмотря на понижение температуры, общая энтропия возрастает из-за увеличения объема пространства.

38

Существует также не самая популярная точка зрения, которая объясняет туманность изначальным квантовым ограничением на точность измерений, а не фундаментальной размытостью реальности. В этом подходе — его обычно называют «бомовской механикой» в честь физика Дэвида Бома, но иногда говорят и о «теории де Бройля — Бома», включая авторство нобелевского лауреата Луи де Бройля, — частицы сохраняют резкие и тонные траектории. Эти траектории отличаются от тех, что предсказывает классическая физика (на частицы во время движения действует дополнительная квантовая сила), но, воспользовавшись приведенным в главе сравнением, скажем, что эти траектории можно проводить острым пером. Неопределенность и размытость, упоминаемые в более традиционной формулировке квантовой механики, проявляются как статистическая неопределенность начального состояния любой заданной частицы. Разница между двумя этими подходами, хотя и существенная в плане картины реальности, которую рисует каждая из теорий, практически никак не влияет на квантовые предсказания.

39

Инфляционная космология — это совокупность теорий (в отличие от конкретной теории), основанных на предположении о том, что на раннем этапе развития Вселенная прошла короткий период стремительного ускоренного расширения. Конкретный механизм возникновения этой фазы и конкретные детали ее развития варьируют от одной математической формулировки к другой. Простейшие варианты плохо уживаются со все более точными наблюдательными данными, поэтому фокус сместился к несколько более сложным версиям инфляционной теории. Критики утверждают, что эти самые более сложные версии менее убедительны, и, более того, демонстрируют, что инфляционная парадигма слишком гибкая и полностью опровергнуть ее невозможно никакими данными. Сторонники утверждают, что мы здесь являемся свидетелями нормального научного процесса: мы непрерывно совершенствуем свои теории, приводя их в соответствие с наиболее точной информацией, извлекаемой из наблюдательных измерений и математических соображений. Говоря в более общем плане и на более формальном языке, утверждение, широко принимаемое космологами, состоит в том, что Вселенная пережила некую фазу, на протяжении которой размер сопутствующего горизонта уменьшился. Менее ясно, верно ли эта фаза описывается инфляционной космологией, в которой динамика обусловлена равномерно распределенной энергией скалярного поля, пронизывающей пространство (см. примечание 3 к этой главе), как я описал, или эта фаза, возможно, вызвана другим механизмом (среди множества предложенных физиками теорий можно назвать такие, как отскакивающая космология, инфляция браны, сталкивающиеся миры — браны, теории с переменной скоростью света и т. п.). В главе 10 мы коротко обсудим возможность отскакивающей космологии в варианте Пола Стейнхардта, Нила Турока и их коллег, в которой Вселенная проходит многочисленные циклы космологической эволюции.

40

Для особенно усердного читателя позвольте пояснить важный момент, затуманивающий рассказ. Если все, что вам известно о данной физической системе, — это то, что она обладает не максимальной доступной энтропией, то второе начало термодинамики позволяет вам сделать не один, а целых два вывода: во-первых, наиболее вероятным результатом эволюции системы по направлению в будущее станет увеличение ее энтропии, а во-вторых, наиболее вероятным результатом эволюции системы по направлению в прошлое будет также увеличение ее энтропии. Таково неотъемлемое свойство симметричных относительно хода времени законов — уравнений, которые совершенно одинаково работают при развитии сегодняшней ситуации как вперед, так и назад. Проблема в том, что высокоэнтропийное прошлое, к которому приводят такие соображения, несовместимо с низкоэнтропийным прошлым, о котором свидетельствуют память и записи. (Мы помним, что частично растаявшие кубики льда раньше были менее растаявшими, то есть обладали меньшей энтропией, а не более растаявшими и, соответственно, более высокоэнтропийными.)

Что еще важнее, высокоэнтропийное прошлое подорвало бы нашу уверенность не в чем-нибудь, а в самих законах физики, потому что такое прошлое не включало бы в себя эксперименты и наблюдения, которые поддерживают эти самые законы. Чтобы избежать потери уверенности в наших представлениях, мы должны принудительно ввести низкоэнтропийное прошлое. Как правило, мы делаем это путем введения нового предположения, предложенного философом Дэвидом Альбертом и известного как гипотеза прошлого. Гипотеза эта гласит, что энтропия зафиксирована на низком уровне вблизи Большого взрыва и с тех пор в среднем стабильно возрастает. Именно такой подход мы неявно использовали в этой главе. В главе 10 мы явным образом проанализируем маловероятную, но представимую возможность рождения низкоэнтропийного состояния из предыдущей высокоэнтропийной конфигурации. Вводную информацию и подробности см. в главе 7 книги «Ткань космоса» [Грин Б. Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности. — М.: Либроком, 2015. — Прим. ред.].

Математические описания энтропии позволяют сформулировать вопрос точно: в пределах произвольной области существует гораздо больше вариантов, в которых величина поля различается (выше здесь, ниже там, еще ниже вон там и так далее), чем тех, в которых она однородна (имеет одно и то же значение во всех точках); следовательно, требуемые условия обладают низкой энтропией. Однако здесь существует не проговариваемое вслух формальное положение, которое важно озвучить. Для простоты я воспользуюсь классическим языком, но все соображения здесь напрямую переводятся на язык квантовой физики. В микромире ни одна конфигурация частиц или полей фундаментально не выделена из всех прочих, поэтому в общем случае мы считаем их все равновероятными. Но это предположение опирается на то, что философы называют принципом безразличия. Выделяя при отсутствии априорных оснований одну микроскопическую конфигурацию относительно другой, мы присваиваем им равные вероятности реализации. Когда же мы сдвигаем фокус внимания на макромир, то вероятность одного макросостояния относительно другого определяется отношением числа микросостояний, реализующих каждое из них. Если одно из макросостояний обеспечивается вдвое большим числом микросостояний, чем другое, то и вероятность возникновения первого макросостояния будет вдвое выше, чем второго.

41

Обратите внимание, однако, что фундаментально принцип безразличия должен иметь эмпирическое основание. В действительности повседневный опыт подтверждает разумность применения принципа безразличия, хотя и неявного, во многих областях. Возьмите хотя бы наш пример с бросанием монет. Считая, что каждое «микросостояние» монет (состояние, задаваемое полным перечислением состояний всех монет: 1-я монета лежит орлом, 2-я монета — решкой, 3-я — решкой и так далее) равновероятно любому из остальных, мы делаем вывод, что те «макроскопические» ситуации (состояния, описываемые только общим числом орлов и решек, но не положением отдельных монет), которые могут быть реализованы большим числом микросостояний, более вероятны. Когда мы бросаем монеты, это предположение эмпирически подтверждается редкостью тех исходов, которые могут быть реализованы лишь небольшим числом микросостояний (таких как все орлы, к примеру) и заурядностью тех, которые могут быть реализованы множеством микросостояний (таких как половина орлов и половина решек).

Это имеет отношение и к нашей космологической дискуссии: когда мы говорим, что однородный кусочек инфляционного поля «маловероятен», мы точно так же привлекаем к делу принцип безразличия. Мы неявно предполагаем, что каждая возможная микроскопическая конфигурация поля (точное значение поля в каждой точке) имеет точно такую же вероятность появления, как и любая другая, — так что опять же вероятность любой заданной макроскопической конфигурации пропорциональна числу микросостояний, которые ее реализуют. Однако, в отличие от случая с бросанием монет, у нас нет никаких эмпирических данных в пользу этого предположения. Тот факт, что оно кажется нам разумным, основан на нашем повседневном опыте взаимодействия с макромиром, где принцип безразличия подтверждается наблюдениями. Но для космологического развертывания нам доступен лишь один экспериментальный прогон. Бескомпромиссный эмпирический подход подсказывает, что какими бы особыми ни казались некоторые конфигурации с позиции принципа безразличия, но если они ведут к наблюдаемой нами Вселенной, то они выделены и как класс заслуживают называться не просто «вероятными», но «определенными» (в обычном условном смысле всех научных объяснений). Математически такой сдвиг в том, что мы называем вероятным и маловероятным, известен как изменение меры на пространстве конфигураций (см. глава 2, примечание 14). Начальная мера, присваивающая равные вероятности всем возможным конфигурациям, называется «плоской» мерой. Таким образом, наблюдения могут мотивировать нас на введение «неплоской» меры, которая выделяет некоторые классы конфигураций как более вероятные.

Физиков, как правило, такой подход не устраивает. Введение над пространством конфигураций меры, которая обеспечивала бы присвоение максимального веса тем конфигурациям, которые приводят к известному нам миру, представляется физикам «неестественным». Физики хотят найти фундаментальную, изначальную математическую структуру, из которой будет вытекать такая мера, вместо того чтобы самим эту меру задавать. Здесь важно понять, не слишком ли многого мы хотим и не получится ли так, что успех просто сдвинет вопрос на один шаг назад к неявным предположениям, лежащим в основе любого фундаментального подхода. И это не пустячные придирки. В последние тридцать лет значительная часть теоретической работы в области физики элементарных частиц была направлена на вопросы тонкой настройки в наших самых проработанных теориях (тонкая настройка поля Хиггса в Стандартной модели физики элементарных частиц; тонкая настройка вопросов горизонта и кривизны в стандартной космологии Большого взрыва). Разумеется, такие исследования привели к глубокому проникновению как в физику элементарных частиц, так и в космологию, но не может ли наступить момент, когда нам просто придется принять какие-то свойства мира как заданные, без всякого объяснения? Мне, как и огромному большинству моих коллег, нравится думать, что ответ должен быть отрицательным. Но нет никакой гарантии, что так и будет на самом деле.

42

Андрей Линде, при личном общении 15 июля 2019 г.

Сам Линде предпочитает подход, при котором инфляционная фаза была инициирована квантово-туннельным переходом из царства всех возможных геометрий и полей, в котором даже концепции времени и температуры, возможно, еще не имеют смысла. Разумно используя некоторые аспекты квантового аппарата, Линде предположил, что квантовое создание условий для инфляционного расширения было, вполне возможно, обычным распространенным процессом в ранней Вселенной, которая не страдала от квантового подавления.

43

Естественно считать, что чем мощнее телескоп (чем обширнее его тарелка, чем больше размер зеркала и так далее), тем более далекие объекты он будет в состоянии различить. Но существует предел. Если объект настолько далек, что никакой свет, излученный им с момента рождения, еще не успел дойти до нас, то, какое бы оборудование мы ни использовали, увидеть его мы не сможем. Мы говорим, что такие объекты лежат за нашим космологическим горизонтом; эта концепция будет играть особенно важную роль в нашем разговоре об отдаленном будущем в главах 9 и 10. В инфляционной космологии пространство расширяется так стремительно, что окружающие его области действительно выносятся за пределы нашего космологического горизонта.

44

На основании косвенных данных (движения звезд и галактик) сложился консенсус о том, что пространство насыщено частицами темной материи — частицами, которые являются источником гравитационной силы, но не поглощают и не излучают света. Однако, поскольку все поиски темной материи до сих пор ничего не дали, некоторые исследователи предложили свои альтернативы темной материи, в которых наблюдения объясняются при помощи различных модификаций закона тяготения. Из-за продолжающихся неудач многочисленных текущих экспериментов по непосредственному обнаружению частиц темной материи альтернативные теории привлекают к себе все большее внимание.

45

Направление потока теплоты, от более нагретых веществ или сред к менее нагретым, есть прямое следствие второго начала термодинамики. Когда горячий кофе остывает до комнатной температуры, передавая часть своей теплоты молекулам воздуха в комнате, воздух слегка нагревается и, соответственно, его энтропия увеличивается. Повышение энтропии воздуха превышает снижение энтропии в остывающем кофе, гарантируя тем самым, что суммарная энтропия системы увеличивается. Математически изменение энтропии системы задается изменением ее теплоты, деленным на ее температуру т где 8 обозначает энтропию, р обозначает теплоту, а Т обозначает температуру). Когда теплота перетекает от горячей системы к холодной, величина изменения теплоты для каждой системы одинакова, но, как показывает приведенное уравнение, снижение энтропии горячей системы окажется меньше, чем увеличение энтропии холодной (из-за множителя Т в знаменателе), так что в итоге мы получаем повышение суммарной энтропии.

46

Согласно закону сохранения энергии, когда молекулы движутся из центра наружу, их гравитационная потенциальная энергия возрастает, а кинетическая, соответственно, уменьшается.

47

Для читателей, склонных к математике и имеющих подготовку в области физики, скажу, что в этом можно разобраться при помощи упрощенного расчета с использованием классической статистической механики, в которой энтропия пропорциональна объему фазового пространства. Предположим, что сжимающееся газовое облако удовлетворяет условиям (знаменитой) теоремы вириала, которая соотносит среднюю кинетическую энергию частиц K с их средней потенциальной энергией U посредством формулы K = — U/2. Затем, поскольку гравитационная потенциальная энергия пропорциональна 1/R, где R— радиус облака, мы видим, что K пропорциональна также 1/R. Более того, поскольку кинетическая энергия пропорциональна квадрату скоростей частиц, выясняем, что средняя скорость частиц пропорциональна 1/R. Таким образом, объем фазового пространства, доступного частицам в облаке, пропорционален^ (* /vR) 'где первый множитель представляет пространственный объем, доступный этим частицам, а второй — доступный им объем импульсного пространства. Мы видим, что снижение пространственного объема доминирует над ростом объема импульсного пространства, что дает общее снижение энтропии по мере сжатия облака. Отметим также, что теорема вириала гарантирует, что по мере сжатия облака снижение потенциальной энергии превосходит рост кинетической (благодаря делителю 2 в формуле, связывающей K и U), так что снижается не только энтропия сжимающейся части облака, но и ее энергия. Высвобождающаяся энергия излучается в окружающую ядро оболочку, энергия которой растет, как и ее энтропия.

48

Письмо от Ф. Х. Ч. Крика Э. Шрёдингеру от 12 августа 1953 г.

49

J. D. Watson and F. H. C. Crick, "Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid", Nature 171 (1953): 737-38. Центральная фигура в этом открытии — химик и кристаллограф Розалинда Франклин, сделанная ею «фотография 51» была передана без ее ведома Уотсону и Крику Уилкинсом. Именно эта фотография позволила Уотсону и Крику завершить модель ДНК в виде двойной спирали. Франклин умерла в 1958 г., за четыре года до присуждения Нобелевской премии за открытие структуры ДНК, — а посмертно Нобелевская премия не может быть присуждена. Будь Франклин жива на тот момент, неясно, как поступил бы Нобелевский комитет. См., к примеру: Brenda Maddox, Rosalind Franklin: The Dark Lady of DNA (New York: Harper Perennial, 2003).

50

Maurice Wilkins, The Third Man of the Double Helix (Oxford: Oxford University Press, 2003), 84.

51

Шредингер Э. Что такое жизнь? — М.: Атомиздат, 1972.

52

Time magazine, Vol. 41, Issue 14 (5 April 1943): 42.

53

Цит. по: Шредингер Э. Что такое жизнь? / Пер. А. А. Малиновского, Г. Г. Полошенко. — М.; Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2002. С. 11.

54

Там же.

55

K. G. Wilson, "Critical phenomena in 3.99 dimensions", Physica 73 (1974): 119. Полутехническое описание и ссылки можно посмотреть в нобелевской лекции Кена Уилсона: https://www.nobelprize.org

56

Представление о вложенных историях, иногда описываемых как «уровни понимания» или «уровни объяснения», предлагалось учеными широкого спектра научных дисциплин. Психологи говорят об объяснении поведения на биологическом уровне (с привлечением физико-химических причин), когнитивном (с привлечением высокоуровневых функций мозга) и культурном (с привлечением социальных влияний); некоторые когнитивисты (начиная с нейробиолога Дэвида Марра) организуют анализ систем обработки информации на вычислительном, алгоритмическом и физическом уровнях. Для многих иерархических схем, продвигаемых философами и физиками, характерна приверженность натурализму — термин, который часто используется, но который трудно определить точно. Большинство из тех, кто им пользуется, согласились бы, что натурализм отвергает объяснения с привлечением сверхъестественных сущностей и полагается, напротив, исключительно на свойства природного мира. Конечно, чтобы уточнить эту позицию, нам нужно обозначить четкие пределы того, что составляет природный мир, — а это проще сказать, чем сделать. Столы и деревья определенно располагаются в его пределах, но как насчет числа пять или Великой теоремы Ферма? Как насчет чувства радости или ощущения красного цвета? Как насчет идеалов неотчуждаемой свободы и человеческого достоинства?

С годами подобные вопросы породили множество вариаций на тему натурализма. Одна из крайних позиций гласит, что единственное законное знание о мире исходит из научных концепций и научного же анализа — иногда такую позицию называют сциентизмом. Эта позиция, кстати говоря, требует от своих сторонников точного определения терминов. Что входит в понятие науки? Ясно, что если считать наукой выводы, основанные на наблюдениях, опыте и рациональном мышлении, то границы науки выходят далеко за пределы тех дисциплин, которые обычно представлены на университетских кафедрах. Как вы можете догадаться, в результате от науки требуют решения непосильных задач.

В менее экстремальных подходах приверженность натурализму сочетается с различными организационными принципами. Философ Барри Страуд выступает за то, что он называет «широкий или непредвзятый натурализм», в котором объяснительные границы не установлены жестко с самого начала. Напротив, широкий натурализм сохраняет свободу выстраивать слои понимания, включающие в себя все, от материальных природных ингредиентов до психологических качеств и абстрактных математических утверждений, — все необходимое для объяснения наблюдений, опыта и анализа (Barry Stroud, "The Charm of Naturalism", Proceedings and Addresses of the American Philosophical Association 70, no. 2 [November 1996], 43–45). Философ Джон Дюпре защищает «плюралистический натурализм», который гласит, что мечта о единстве науки — опасный миф; напротив, наши объяснения должны вырастать из «разнообразных и перекрывающихся исследовательских проектов», охватывающих традиционные науки и выходящих за их пределы, вовлекая в себя, среди прочих дисциплин, историю, философию и искусство (John Dupré, "The Miracle of Monism", in Naturalism in Question, ed. Mario de Caro and David Macarthur [Cambridge, MA: Harvard University Press, 2004], 36–58). Стивен Хокинг и Леонард Млодинов ввели понятие «модельнозависимого реализма», которое описывает реальность как набор отдельных историй, каждая из которых основана на собственной модели или теоретической концепции объяснения наблюдательных данных в микромире частиц или макромире повседневных событий (Хокинг С., Млодинов Л. Высший замысел. — М.: АСТ, 2017). Физик Шон Кэрролл ввел «поэтический натурализм» для разговора об объяснениях, расширяющих научный натурализм включением в него языка и концепций, относящихся к различным сферам интересов (Кэрролл Ш. Вселенная. Происхождение жизни, смысл нашего существования и огромный космос. — СПб.: Питер, 2017). И, как указано в главе 1, примечание 4, Э. О. Уилсон использует термин «схождение», когда речь идет об использовании знаний из совершенно несопоставимых дисциплин для получения глубины понимания, недостижимой в других обстоятельствах.

Я не особый сторонник придумывания новых слов, но если бы мне нужно было как-то обозначить собственную точку зрения — ту самую, что будет направлять наш рассказ на протяжении всей книги, то я назвал бы ее иерархическим натурализмом (nested naturalism).

Иерархический натурализм, как станет ясно из этой и последующих глав, привержен ценности и универсальной применимости редукционизма. Он принимает как данность существование фундаментального единства в механизмах мира и постулирует, что такое единство будет обнаружено путем выполнения редукционистской программы до той глубины, до какой потребуется. Все в этом мире может быть описано в терминах фундаментальных составляющих природы, подчиняющихся ее фундаментальным законам. Тем не менее иерархический натурализм подчеркивает, что такое описание обладает ограниченной объяснительной силой. Есть много других уровней понимания, которые охватывают редукционистское объяснение. И в зависимости от исследуемых вопросов эти другие объяснительные истории могут давать гораздо более информативные описания, чем то, что дает редукционизм. Все описания должны быть взаимно непротиворечивы, но на более высоких уровнях могут появляться новые полезные концепции, не имеющие низкоуровневых коррелятов. К примеру, при изучении множества молекул воды концепция водяной волны и разумна, и полезна. Но при изучении отдельной молекулы воды она не имеет смысла. Аналогично при изучении насыщенных и разнообразных историй человеческого опыта иерархический натурализм свободно привлекает оценки с любых структурных уровней, которые оказываются наиболее информативными, одновременно гарантируя, что эти оценки укладываются в связное описание.

57

Всюду в книге, где речь заходит о «жизни», неявно подразумевается «жизнь, какой мы ее знаем на планете Земля», так что я не буду каждый раз об этом напоминать.

58

Один из значительных барьеров при формировании атомов с большими атомными весами состоит в том, что не существует стабильных ядер, которые содержали бы пять или восемь нуклонов. По мере того как ядра тяжелеют, последовательно добавляя к себе протоны и нейтроны (ядра водорода и гелия), нестабильность на пятой и восьмой ступенях создает узкое место, сдерживающее нуклеосинтез Большого взрыва.

59

Цифры, которые я привел, дают относительную распространенность по массе. Поскольку масса каждого ядра гелия примерно вчетверо больше массы каждого ядра водорода, подсчет числа атомов водорода в сравнении с числом атомов гелия дает другие значения, приблизительно 92 % водорода и 8 % гелия.

60

В полном виде эту историю см. в: Helge Kragh, "Naming the Big Bang," Historical Studies in the Natural Sciences 44, no. 1 (February 2014):3

Крэг предполагает, что, хотя Хойл отдавал предпочтение собственной космологической теории (модели стационарного состояния, в которой Вселенная существовала всегда), термин «Большой взрыв» в его устах, возможно, не подразумевал насмешки. Может быть, Хойл использовал словосочетание «большой взрыв» всего лишь как удобный способ отличить собственную теорию от данного конкретного конкурента.

61

S. E. Woosley, A. Heger, and T. A. Weaver, "The evolution and explosion of massive stars", Reviews ofModern Physics 74 (2002): 1015.

62

В одном исследовании проанализированы сотни тысяч возможных траекторий и сделан вывод, что почти все они потребовали бы, чтобы Солнце вылетело из скопления с такой высокой скоростью, что оно либо потеряло бы свой протопланетный диск или, если бы планеты к тому моменту успели уже сформироваться, они разлетелись бы (Barbara Pichardo, Edmundo Moreno, Christine Allen, et al., "The Sun was not born in M67", The Astronomical Journal 143, no. 3 [2012]: 73). В другом исследовании, где выдвигается иное предположение о месте, где сформировалось само скопление M 67, делается вывод о том, что для отправки Солнца в путь достаточно было бы и меньшей скорости вылета, и на этой скорости планеты или протопланетный диск сохранились бы (Timmi G. Jorgensen and Ross P. Church, "Stellar escapers from M 67 can reach solar-like Galactic orbits," arxiv.org, arXiv:1905.09586).

63

В русскоязычной литературе чаще встречается название катархей (катархейский эон), от греч. Kαταρχέας — «ниже древнейшего», то есть древнее архея. — Прим. науч. ред.

64

A. J. Cavosie, J. W. Valley, S. A. Wilde, "The Oldest Terrestrial Mineral Record: Thirty Years of Research on Hadean Zircon from Jack Hills, Western Australia", in Earth's Oldest Rocks, ed. M. J. Van Kranendonk (New York: Elsevier, 2018), 255-78. Последние данные не противоречат оригинальному исследованию, описанному в: John W. Valley, William H. Peck, Elizabeth M. King, and Simon A. Wilde, "A Cool Early Earth," Geology 30 (2002): 351-54, а также в личном сообщении Джона Валли от 30 июля 2019 г.

65

Гейзенберг В. Физика и философия. — М.: Наука, 1989.

66

Борн М. Квантовая механика процессов столкновений. — Успехи физических наук. 1977. Вып. 122. С. 632–651. В первоначальном варианте статьи Борн связал квантовые волновые функции непосредственно с вероятностями, но в добавленном позже примечании он ввел поправку, так что соотношение стало включать квадрат нормы волновой функции.

67

Принцип запрета Вольфганга Паули, о котором мы будем говорить в главе 9, также важен для определения разрешенных квантовых орбиталей электронов вокруг ядра. Принцип запрета устанавливает, что никакие два электрона (в более общем варианте — никакие две частицы вещества одного вида) не могут пребывать в одном и том же квантовом состоянии. Вследствие этого отдельные квантовые орбитали, определяемые уравнением Шредингера, могут вместить в себя максимум один электрон каждая (или, учитывая степень свободы, связанную со спином, два электрона). Многие из этих орбиталей имеют одинаковую энергию, которая в нашей аналогии соответствует местам, расположенным на одном уровне квантового амфитеатра. Но когда каждое из этих мест оказывается занятым — когда каждая квантовая орбиталь заполнена, этот уровень уже не может принять дополнительных электронов.

68

Вспомнив школьную химию, вы поймете, что я несколько упростил ситуацию. В более подробном описании я отметил бы, что (благодаря квантовой механике) атомы организуют ярусы своего амфитеатра в различные подъярусы с разными значениями момента импульса. Иногда более высокий ярус с меньшим моментом импульса обладает меньшей энергией, чем более низкий ярус с большим моментом импульса. В этом случае электроны займут сначала такой подъярус более высокого яруса и лишь затем завершат заполнение более низкого яруса.

69

Точнее говоря, стабильность достигается, когда заполнена внешняя подоболочка атома (его валентная оболочка). Вы, возможно, помните из школьной программы «правило октетов», согласно которому атомам обычно нужны в валентной оболочке восемь электронов, в результате чего они, чтобы получить именно это число, готовы отдавать, получать или делить электроны с другими атомами.

70

Albert Szent-Gyorgyi, "Biology and Pathology of Water," Perspectives in Biology and Medicine 14, no. 2 (1971): 239.

71

Главным объектом нашего внимания в этой главе будут растения и животные, состоящие из эукариотических клеток (клеток, имеющих ядро). Исследователи говорят, что их родословные сходятся на «последнем общем предке эукариот», или LECA. В более общем плане, если мы рассмотрим также бактерии и археи, то родословные сойдутся дальше в прошлом на «последнем универсальном общем предке», или LUCA.

72

A. Auton, L. Brooks, R. Durbin, et al., "A global reference for human genetic variation," Nature 526, no. 7571 (October 2015): 68.

73

Ученые разработали несколько вариантов сравнения ДНК разных биологических видов. При одном подходе сравниваются пары оснований для тех генов, которые у этих видов общие (такой метод дает примерно 1 % генетических различий между человеком и шимпанзе), тогда как при другом сравниваются геномы целиком (здесь генетическая разница между человеком и шимпанзе получается несколько больше).

74

Точнее, исследователи описывают код, о котором говорится в следующем абзаце, как «почти» универсальный, имея в виду тот факт, что в некоторых особых случаях все же были обнаружены вариации. Тем не менее даже эти скромные модификации обладают такой же базовой структурой кода, как та, что описана в этой главе.

75

При трехбуквенных кодах и четырех различных буквах существует 64 возможные комбинации. Но поскольку эти последовательности кодируют только 20 аминокислот, одну и ту же аминокислоту могут обозначать — и действительно обозначают — несколько различных комбинаций. Исторически среди первых работ по расшифровке генетического кода можно назвать: F. H. C. Crick, Leslie Barnett, S. Brenner, and R. J. Watts-Tobin, "General nature of the genetic code for proteins", Nature 192 (1961): 1227-32; J. Heinrich Matthaei, Oliver W. Jones, Robert G. Martin, and Marshall W. Nirenberg, "Characteristics and Composition of Coding Units", Proceedings of the National Academy of Sciences 48, no. 4 (1962): 666-77. К середине 1960-х гг. усилиями множества исследователей, в первую очередь Маршалла Ниренберга, Роберта Холли и Хара Гобинда Хораны, расшифровка была завершена, за что эти три ведущих исследователя в 1968 г. были удостоены Нобелевской премии.

76

Точное определение гена до сих пор является предметом дебатов. Помимо информации, кодирующей белок, ген содержит вспомогательные последовательности (не обязательно прилегающие к кодирующей области), способные влиять на конкретный способ использования клеткой кодирующих данных (к примеру, увеличивающие или уменьшающие скорость производства заданного белка, а также выполняющие другие регуляторные функции).

77

Ключевую гипотезу о протонных электрических токах, обеспечивающих синтез АТФ, предложил британский биохимик Питер Митчелл, который в 1978 г. был удостоен за это Нобелевской премии (P. Mitchell, "Coupling of phosphorylation to electron and hydrogen transfer by a chemiosmotic type of mechanism," Nature 191 [1961]: 144-48.) Хотя некоторые детали гипотезы Митчелла требовали дальнейшей доработки, Нобелевская премия была присуждена ему за проникновение в механизм «переноса биологической энергии». Митчелл был необычным ученым. Наевшись досыта различных пустопорожних качеств научного мира (в чем я его вполне понимаю), он основал независимую благотворительную компанию Glynn Research, где он сам вместе с различными коллегами и наемными работниками числом до десяти проводил биохимические исследования. Захватывающие подробности его жизни можно найти в книге: John Prebble and Bruce Weber, Wandering in the Gardens of the Mind: Peter Mitchell and the Making of Glynn (Oxford: Oxford University Press, 2003). Подробности современного представления об извлечении энергии и ее переносе в пределах клетки см., к примеру: Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Д. и др. Молекулярная биология клетки. — М., Ижевск: ИКИ, 2013. Информированный читатель отметит одну особенность, характеризующую универсальность этого процесса: извлечение энергии путем ферментации (процесс извлечения энергии без использования кислорода).

78

Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора. — М.: Тайдекс Кё, 2003.

79

В этой аналогии я представляю себе компанию, пошагово разрабатывающую свой продукт путем случайных проб и ошибок. Но существуют и другие способы, в которые метод проб и ошибок может быть включен более эффективно. К примеру, при разработке различных вычислительных алгоритмов компьютерщики начинают с некоторого алгоритма, модифицируют его случайным образом, отбрасывают те модификации, при которых скорость расчетов снижается, а затем дальше модифицируют те, что остались (модифицированные алгоритмы, при которых скорость расчетов повышается). Выполняя эту процедуру методом последовательных приближений, мы получаем подход, подобный естественному отбору, который позволяет опробовать огромное множество возможных вариантов и дает в результате более быстрые вычислительные процедуры. Разумеется, изучить модифицированные алгоритмы на компьютере намного дешевле, чем попробовать продать случайным образом модифицированный продукт на рынке. Таким образом, слепой метод проб и ошибок может быть полезной стратегией в различных задачах при условии, что цена его как по времени, так и по ресурсам, невелика и позволяет гонять случайные модификации круг за кругом (или если множество модификаций можно проверять одновременно).

80

Eric T. Parker, Henderson J. Cleaves, Jason P. Dworkin, et al., "Primordial synthesis of amines and amino acids in a 1958 Miller H2S-rich spark discharge experiment", Proceedings of the National Academy ofSciences 108, no. 14 (апрель 2011): 5526.

81

Клеточные стенки могут сформироваться естественным образом из обычных химических соединений, таких как жирные кислоты, у которых один конец стремится к контакту с водой, а другой ее избегает. Такое отношение к воде может побудить эти молекулы образовывать барьеры толщиной в две молекулы, в которых водолюбивые концы молекул обращены наружу, а водоотталкивающие концы удерживают оба слоя вместе, — клеточные стенки. Рассказ о сценарии РНК-мира см.: G. F. Joyce and J. W. Szostak, "Protocells and RNA SelfReplication," Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 10, no. 9 (2018).

82

Ряд исследователей, включая химика Сванте Аррениуса, астронома Фреда Хойла, астробиолога Чандру Викрамасингха и физика Пола Дэвиса, предполагают, что некоторые из падающих камней сами могли нести на себе чрезвычайно устойчивые семена жизни — готовые молекулы, способные самовоспроизводиться и служить катализаторами реакций. Само по себе это предположение очень интересно, поскольку подразумевает, что космические камни, возможно, занесли жизнь на огромное количество планет в разных уголках космоса, однако оно не приближает нас к разгадке происхождения жизни, а лишь сдвигает вопрос в сторону происхождения этих «семян».

83

David Deamer, Assembling Life: How Can Life Begin on Earth and Other Habitable Planets? (Oxford: Oxford University Press, 2018).

84

A. G. Cairns-Smith, Seven Clues to the Origin of Life (Cambridge: Cambridge University Press, 1990).

85

W. Martin and M. J. Russell, "On the origin of biochemistry at an alkaline hydrothermal vent", Philosophical Transactions of the Royal Society B 367 (2007): 1187.

86

Шредингер Э. Что такое жизнь? — М.: Атомиздат, 1972.

87

Энергия, приносимая входящими фотонами, более концентрированна (их длины волн меньше и лежат в видимой части спектра, а количество их меньше) и, соответственно, более высококачественна; энергия, уносимая исходящими фотонами, более разрежена (длины их волн больше и лежат в инфракрасной части спектра, и по количеству их больше) и, соответственно, имеет более низкое качество. Таким образом, полезность солнечной энергии заключается не только в большом ее количестве, поступающем от Солнца, но и в высоком качестве, поскольку эта энергия несет в себе намного меньше энтропии, чем теплота, которую Земля излучает обратно в пространство. Как отмечалось в этой главе, на каждый фотон, который Земля получает от Солнца, приходится несколько десятков тех, которые она испускает в пространство. Чтобы оценить это число, отметим, что солнечные фотоны испускаются средой, температура которой составляет около 6000 K (температура поверхности Солнца), тогда как те, что излучаются Землей, исходят из среды с температурой около 285 K (температура поверхности Земли). [Средняя температура, с которой Земля излучает в космос, даже ниже — около 255 K, поскольку из-за парниковых газов атмосфера не вполне прозрачна в инфракрасном диапазоне и значительная часть теплового излучения уходит с высоты нескольких километров, где температура заметно ниже, чем на поверхности. — Прим. науч. ред.] Энергия фотона пропорциональна этим температурам (если рассматривать фотоны как идеальный газ из частиц), следовательно, отношение числа фотонов, принятых Землей от Солнца, к числу излученных обратно задается отношением двух температур, 6000 K/285 K, что составляет около 21 фотона.

88

Шредингер Э. Что такое жизнь? — М.: Атомиздат, 1972.

89

Albert Einstein, Autobiographical Notes (La Salle, IL: Open Court Publishing, 1979), 3. Красивое современное изложение принципов термодинамики в контексте живых систем с интересными примерами, иллюстрирующими многие существенные концепции, которые мы привлекаем, см.: Philip Nelson, Biological Physics: Energy, Information, Life (New York: W. H. Freeman and Co., 2014).

90

J. L. England, "Statistical physics of self-replication", Journal of Chemical Physics 139 (2013): 121923. Nikolay Perunov, Robert A. Marsland, and Jeremy L. England, "Statistical Physics of Adaptation", Physical Review X 6 (June 2016): 021036-1; Tal Kachman, Jeremy A. Owen, and Jeremy L. England, "Self-Organized Resonance During Search of a Diverse Chemical Space", Physical Review Letters 119, no. 3 (2017): 038001-1. См. также: G. E. Crooks, "Entropy production fluctuation theorem and the nonequilibrium work relation for free energy differences", Physical Review E 60 (1999): 2721; and C. Jarzynski, "Nonequilibrium equality for free energy differences", Physical Review Letters 78 (1997): 2690.

91

Ингленд указывает также, что, поскольку физическая структура живого не просто упорядочена в какой-то момент, но поддерживает свою упорядоченность на протяжении долгого времени — какое-то время даже после смерти, значительная часть отходов бросовой энергии, которую вырабатывает живой мир, является, возможно, побочным продуктом строительства подобных стабильных структур. Поэтому вероятно, что для жизни доминирующий вклад в энтропийный тустеп связан с формированием структур вкупе с непрерывным сохранением гомеостаза. Обратите также внимание, что, хотя живым системам необходимо потреблять высококачественную энергию, им необходимо также, чтобы эта энергия была в такой форме, которая не W ТЛ W нарушает внутренней организации системы. В качестве наглядной иллюстрации: стеклянный бокал можно заставить вибрировать при помощи звука подходящей частоты, но если этот звук будет нести в себе слишком много энергии, то бокал лопнет. Чтобы избежать аналогичного исхода, некоторые степени свободы в диссипативной системе могут складываться в конфигурации, которые позволяют избежать резонанса с энергией, поступающей из окружающей среды. Живой мир предполагает разумный баланс между этими крайностями.

92

Камю А. Посторонний. Миф о Сизифе. Калигула. Падение. — М.: АСТ, 2014.

93

Бирс А. Словарь сатаны. Рассказы. — М.: Центрполиграф, 2003.

94

Дюрант В. Жизнь Греции. — М.: АО «КРОН-пресс», 1997. С. 362–363. [В книге В. Дюранта эта мысль Демокрита дана в модифицированной формулировке. В ней не вполне ясно, что означает рефрен «сладкое есть сладкое.». Более аутентичные версии можно найти в работах специалистов по Демокриту. Так, Г. К. Ваммель приводит формулировку в передаче Секста Эмпирика: «Лишь в общем мнении существует сладкое, в мнении — горькое и в мнении — теплое, в мнении — холодное, в мнении — цвет, в действительности же существуют только атомы и пустота» (Ваммель Г. К. Демокрит в его фрагментах и свидетельствах древности. — М.: ОГИЗ, 1935. С. 166). С. Я. Лурье приводит эту же мысль в передаче Галена: «Только считают, что существует цвет, что существует сладкое, что существует горькое, в действительности же — атомы и пустота» (Лурье С. Я. Демокрит. Тексты. Перевод. Исследование. М.: Наука, 1970. С. 226). — Прим. науч. ред.]

95

Поскольку я часто упоминаю математические уравнения, рассказывая о законах физики, имеет смысл кратко записать нашу самую проработанную версию этих уравнений. Даже если вы не понимаете этих обозначений, вам, возможно, будет интересно взглянуть, как выглядит математика в общем случае.

Запишем эйнштейновские уравнения поля из общей теории относительности ^ 2IV г 1и >где левая часть описывает кривизну пространства-времени, а также космологическую постоянную А, а правая — массу и энергию, которые являются источником кривизны (источником гравитационного поля). В этом выражении (и в тех, что за ним последуют) индексы, обозначенные греческими буквами, изменяются от 0 до 3, представляя четыре координаты пространства-времени.

Вот Максвелловы уравнения электромагнетизма: ^ ^ - ^ «Ли Э[аРро] — 0, где левые Части уравнений описывают электрическое и магнитное поля, а правая часть первого уравнения описывает электрические заряды, эти поля порождающие.

Уравнения сильного и слабого ядерных взаимодействий представляют собой обобщение уравнений Максвелла. Существенная новая черта состоит в том, что если в теории Максвелла мы можемзаписать напряженность поля^1 «р р ^ У-' через Аа,известный как «векторный потенциал», то для ядерных силы есть набор напряженностей поля, а также набор векторных потенциалов, связанных формулой. Латинские индексы пробегают по генераторам алгебр Ли, обозначаемых SU (2) и SU (3) для слабого и сильного ядерных взаимодействий соответственно; а fabc суть структурные константы этих алгебр.

Квантово-механическое уравнение Шредингера выглядит так: 1Л^ = Н1 |/,Эх где Н — гамильтониан, а \|/ — волновая функция, норма (надлежащим образом нормализованная) которой в квадрате дает квантово-механические вероятности. Сплав квантовой механики и электромагнетизма, слабого и сильного ядерных взаимодействий, включающая также известные частицы вещества и частицу Хиггса, представляет собой Стандартную модель физики элементарных частиц. Обычно Стандартная модель описывается с помощью эквивалентного, но иного формализма, известного как интеграл по путям (пионером в этом подходе был физик Ричард Фейнман). Сплав квантовой механики и общей теории относительности — актуальная тема передовых исследований.

96

Августин А. Исповедь. — М.: Даръ, 2005. С. 327. (15, VIII, кн. X).

97

Thomas Aquinas, Questiones Disputatae de Veritate, questions 10–20, trans. James V. McGlynn, S. J. (Chicago: Henry Regnery Company, 1953).

98

Шекспир У. Мера за меру. — М.: Эксмо-пресс, 1999.

99

Письмо Готфрида Лейбница Христиану Гольдбаху от 17 апреля 1712 г.

100

Otto Loewi, "An Autobiographical Sketch", Perspectives in Biology and Medicine 4, no. 1 (Autumn 1960): 3-25. Лёви ошибочно написал, что сон приснился ему в ночь на Пасху 1920 г., хотя на самом деле это произошло в 1921 г.

101

Подробно об этом см.: Элленберг Г. Ф. Открытие бессознательного. История и эволюция динамической психиатрии. В 2 ч. — М.: Информационный центр психоаналитической культуры, 2011.

102

Peter Halligan and John Marshall, "Blindsight and insight in visuo-spatial neglect," Nature 336, no. 6201 (December 22–29, 1988): 766-67.

103

Виновником рождения этой легенды был Джеймс Викари, заявивший в 1957 г., что подпороговая реклама, призывающая зрителей есть попкорн и пить кока-колу, давала значительный рост продаж того и другого. Позже Викари признал, что эти утверждения не были обоснованными.

104

Исследователи установили способность широкого ряда подпороговых стимулов влиять на осознанные действия. В этом абзаце я описываю один пример подпорогового влияния на простые числовые решения. Но аналогичное подпороговое влияние было продемонстрировано и при распознавании слов (см., к примеру: Anthony J. Marcel, "Conscious and Unconscious Perception: Experiments on Visual Masking and Word Recognition", Cognitive Psychology 15 (1983): 197237), а также при восприятии и оценке широкого спектра изображений и объектов.

105

L. Naccache and S. Dehaene, "The Priming Method: Imaging Unconscious Repetition Priming Reveals an Abstract Representation of Number in the Parietal Lobes", Cerebral Cortex 11, no. 10 (2001): 966-74; L. Naccache and S. Dehaene, "Unconscious Semantic Priming Extends to Novel Unseen Stimuli", Cognition 80, no. 3 (2001): 215-29. Обратите внимание на то, что в этих экспериментах начальный стимул становится подпороговым благодаря маскирующей процедуре, при которой до и после него на экране демонстрируются геометрические фигуры. Обзор см.: Stanislas Dehaene and Jean-Pierre Changeux, "Experimental and Theoretical Approaches to Conscious Processing", Neuron 70, no. 2 (2011): 200-27, and Stanislas Dehaene, Consciousness and the Brain (New York: Penguin Books, 2014).

106

Исаак Ньютон, письмо к Генри Ольденбургу от 6 февраля 1671 г. http://www.newtonproject.ox.ac.uk/view/texts/normalized/NATP00003

107

Философы, психологи, мистики и другие мыслители принимали разные определения сознания. В зависимости от контекста некоторые из определений могут оказаться более полезными, чем то, которое принимаем мы, некоторые — менее полезными. Мы здесь сосредоточены на «трудной проблеме», и для нашей цели описание, данное в этой главе, вполне подходит.

108

Моя ссылка на протоны, нейтроны и электроны — краткое обозначение состояния моего мозга в терминах его самых мелких природных частиц, независимо от того, чем эти ингредиенты (частицы, поля, струны и т. п.) могут оказаться.

109

Thomas Nagel, "What Is It Like to Be a Bat?" Philosophical Review 83, no. 4 (1974): 435-50.

110

Когда я говорю об объяснении тайфунов или вулканов — или любых других макроскопических тел — в терминах элементарных частиц, я делаю это с позиции «в принципе». Как давно уже убедительно показала теория хаоса, крохотные различия в начальных условиях группы частиц могут породить громадную разницу в их последующей конфигурации. Это верно даже в отношении небольших групп. На практике этот факт существенно влияет на то, какие предсказания мы можем делать, но в этом нет никакой загадки. Теория хаоса позволяет нам сделать значительные и глубокие выводы, но эта теория разработана не для того, чтобы заполнить очевидную брешь в наших представлениях о фундаментальных физических законах.

Однако, когда дело доходит до сознания, проблема, поднятая в этой главе (как безмозглые частицы могут формировать осознанные ощущения?), натолкнула некоторых исследователей на мысль о существовании бреши куда более фундаментального свойства. Они утверждают, что ощущения сознания не могут проистекать из действий большого количества частиц, несмотря на их возможные скоординированные движения.

111

Frank Jackson, "Epiphenomenal Qualia," Philosophical Quarterly 32 (1982): 127-36.

112

Daniel Dennett, Consciousness Explained (Boston: Little, Brown and Co., 1991), 399–401.

113

David Lewis, "What Experience Teaches", Proceedings of the Russellian Society 13 (1988): 29–57. Перепечатано в: David Lewis, Papers in Metaphysics and Epistemology (Cambridge: Cambridge University Press, 1999): 262-90, где автор опирается на более ранние выводы в: Laurence Nemirow, "Review of Nagel's Mortal Questions", Philosophical Review 89 (1980): 473-77.

114

Laurence Nemirow, "Physicalism and the cognitive role of acquaintance", in Mind and Cognition, ed. W. Lycan (Oxford: Blackwell, 1990), 490-99.

115

Frank Jackson, "Postscript on Qualia", in Mind, Method, and Conditionals, Selected Essays (London: Routledge, 1998), 76–79.

116

В статье 1995 г. Чалмерс писал о витализме и об электромагнетизме как о полезных ссылках при размышлениях над трудной проблемой. Ключевая отличительная черта трудной проблемы, как Чалмерс определил ее, состоит в том, что она непременно обращается к субъективным качествам опыта и таким образом, по его утверждению, не может быть разрешена путем обретения более полного представления об объективных функциях мозга. В этом разделе мне кажется полезным очертить проблему несколько иначе, противопоставив открытые вопросы, которые наука может разрешить, по крайней мере в принципе, в рамках своей уже установившейся парадигмы (определяющей область, где реальность, какой мы ее знаем, имеет место), открытым вопросам, для решения которых эта парадигма может оказаться недостаточной. При такой постановке вопроса проблема является трудной, если для ее решения мы должны фундаментально изменить существующий подход к описанию мира (в примере с электричеством и магнетизмом ученым пришлось ввести принципиально новые качества — заполняющие пространство электрические поля, магнитные поля и электрические заряды). В сравнении с утверждением Чалмерса о том, что трудная проблема не может быть решена при помощи исключительно материальных составляющих нашего фундаментального физического описания реальности, подход, который представляю я, хотя и отличается, в основном говорит о том же. Заметьте также, что, по Чалмерсу, витализм постепенно исчез именно потому, что в вопросе, которому он был посвящен, речь действительно шла об объективной функции: как могут физические составляющие осуществлять объективные функции жизни? Когда наука стала лучше понимать функциональные возможности физических составляющих (биохимических молекул и т. п.), загадка, которую витализм пытался решить, перестала казаться такой неразрешимой. Согласно Чалмерсу, с трудной проблемой ничего подобного не произойдет. Физикалисты не разделяют это мнение и, соответственно, ожидают, что прогресс в понимании функций мозга позволит проникнуть и в тайны субъективного опыта. Подробнее см.: David Chalmers, "Facing Up to the Problem of Consciousness", Journal of Consciousness Studies 2, no. 3 (1995): 200-19, и David Chalmers, The Conscious Mind: In Search of a Fundamental Theory (Oxford: Oxford University Press, 1997), 125.

117

В клинической литературе не счесть случаев, в которых удаление конкретных секций мозга приводит к потере целевых функций мозга. Один из таких случаев я наблюдал лично. После хирургической операции на мозге и удаления злокачественной опухоли моя жена Трейси временно потеряла способность называть довольно большое количество обычных бытовых предметов. По ее словам, операция как будто отрезала у нее часть хранилища данных, где лежали знания о названиях различных вещей. Она по-прежнему могла представить себе зрительный образ предмета, но была не в состоянии назвать его.

118

Giulio Tononi, Phi: A Voyage from the Brain to the Soul (New York: Pantheon, 2012); Christof Koch, Consciousness: Confessions of a Romantic Reductionist (Cambridge, MA: MIT Press, 2012); Masafumi Oizumi, Larissa Albantakis, and Giulio Tononi, "From the Phenomenology to the Mechanisms of Consciousness: Integrated Information Theory 3.0", PLoS Computational Biology 10, no. 5 (May 2014).

119

Scott Aaronson, "Why I Am Not an Integrated Information Theorist (or, The Unconscious Expander)", Shtetl-Optimized. https://www.scottaaronson.com/blog/?p=1799.

120

Michael Graziano, Consciousness and the Social Brain (New York: Oxford University Press, 2013); Taylor Webb and Michael Graziano, "The attention schema theory: A mechanistic account of subjective awareness", Frontiers in Psychology 6 (2015): 500.

121

Человеческое восприятие цвета сложнее, чем можно предположить по моему краткому описанию. В наших глазах есть рецепторы, чувствительность которых изменяется с частотой света. Одни из них наиболее чувствительны к самым большим видимым частотам, другие — к самым маленьким, а третьи — к промежуточным между ними. Цвета, которые воспринимает наш мозг, возникают при смешении откликов от разных рецепторов.

122

Как и в предыдущем примечании, это упрощение, поскольку «красный цвет» есть интерпретация мозгом смешанного набора откликов на различные частоты, принимаемые его зрительными рецепторами. Тем не менее то упрощенное описание доносит до нас главное: наше ощущение цвета — это полезное, но грубое представление физических данных, которые приносят в наши глаза электромагнитные волны.

123

David Premack and Guy Woodruff, "Does the chimpanzee have a theory of mind?" Cognition and Consciousness in Nonhuman Species, special issue of Behavioral and Brain Sciences 1, no. 4 (1978): 515-26.

124

Daniel Dennett, The Intentional Stance (Cambridge, MA: MIT Press, 1989).

125

См., к примеру, модель множественных набросков Деннета в: Daniel Dennett, Consciousness Explained (Boston: Little, Brown & Co., 1991), теорию глобального рабочего пространства Баара в: Bernard J. Baars, In the Theater of Consciousness (New York: Oxford University Press, 1997) и теорию оркестрованной объективной редукции Стюарта Хамероффа и Роджера Пенроуза в: Stuart Hameroff and Roger Penrose, "Consciousness in the universe: A review of the 'Orch OR' theory". Physics of Life Reviews 11 (2014): 39–78.

126

Хотя к уравнению Шредингера можно свести всю квантовую механику, в прошедшие десятилетия над ней работали многие физики, которым удалось серьезно развить ее математический аппарат. Успешное предсказание, о котором я говорю, исходит из расчетов в той области квантовой механики, которая известна как квантовая электродинамика — сплав квантовой механики и теории электромагнетизма Максвелла.

127

Можно выразить это иначе: согласно квантовой механике, электрон до его измерения не имеет вообще никакого местоположения в традиционном смысле этого слова.

128

Как указывалось в примечании 5 к главе 3, существует вариант квантовой механики, в котором частицы сохраняют четкие и определенные траектории, предлагая таким образом потенциальное решение проблемы квантового измерения. До сих пор у этого подхода, известного как механика Бома или де Бройля — Бома, есть небольшое число сторонников по всему миру. Хотя это темная лошадка, я бы не стал списывать механику Бома со счетов как подход, который, в принципе, может занять в будущем главенствующее место. Еще один подход к проблеме квантового измерения — многомировая интерпретация, в которой при измерении реализуются все потенциальные исходы, разрешенные квантово-механической эволюцией. И третий подход — теория Гирарди—Римини—Вебера (ГРВ-теория); эта теория вводит новый фундаментальный физический процесс, который редко, но случайно схлопывает вероятностную волну для отдельной частицы. Для небольших групп частиц процесс происходит слишком редко, чтобы повлиять на результаты успешных квантовых экспериментов. Но для больших совокупностей частиц процесс идет гораздо быстрее, порождая своеобразный эффект домино, который и выбирает ровно один исход для реализации в макромире. Дополнительные подробности см., к примеру, в книге «Ткань космоса», глава 7.

129

Fritz London and Edmond Bauer, La théorie de l'observation en mécanique quantique, No. 775 of Actualités scientifiques et industrielles; Exposés de physique générale, publiés sous la direction de Paul Langevin (Paris: Hermann, 1939), в переводе в книге: John Archibald Wheeler and Wojciech Zurek, Quantum Theory and Measurement (Princeton: Princeton University Press, 1983), 220.

130

Вигнер Е. Этюды о симметрии. — М.: Мир, 1971.

131

Аристотель описывал действие как «добровольное», если это действие зарождалось внутри данного субъекта и проистекало из его собственных размышлений — точка зрения, оказавшая, со значительными доработками, существенное влияние. См.: Аристотель. Никомахова этика / Пер. Н. Брагинской. — М.: Эксмо-пресс, 1997. Аристотель не причислял детерминистические законы физики ко внешним силам, способным сделать действие недобровольным, но те (включая и меня), кто все же рассматривает такие фундаментальные, хотя и безличные влияния, считают, что его представление о «добровольном» не согласуется с их интуитивным представлением о свободной воле

132

Как и в примечании 17 к этой главе, когда я говорю о частицах, составляющих макроскопический объект, то на самом деле речь идет о полном физическом состоянии этого объекта. В классической теории это состояние задается координатами и скоростями фундаментальных составляющих объекта. В квантовой механике состояние задается волновой функцией, описывающей составляющие объекта. Заметив, что я делаю упор на частицы, вы, возможно, вспомните о полях. Читатель с техническим образованием, возможно, в курсе, что, согласно квантовой теории, влияние поля передается частицами (к примеру, действие электромагнитного поля передается фотонами); более того, квантовая теория поля также показывает, что макроскопическое поле может быть описано математически как определенная конфигурация частиц — так называемое когерентное состояние частиц. Так что моя ссылка на «частицы» подразумевает и поля тоже. Информированный читатель заметит также, что некоторые квантовые свойства, такие как квантовая запутанность, могут описать состояния объекта в квантовом варианте более тонко, чем в классическом. Мы в нашей дискуссии по большей части можем игнорировать эти нюансы; все, что нам нужно, — законопослушное единообразное развитие физического мира.

133

Точнее говоря, вероятность того, что частицы камня сговорятся соскочить со скамейки, настолько до нелепости мала, что на временных масштабах, представляющих для нас интерес, статистическую возможность того, что камень меня спасет, можно не учитывать.

134

В философской литературе множество компатибилистских гипотез. Среди них подход, который я описываю, ближе всего к тому, что предложил и разработал Дэниел Денет, к книгам которого я вас направляю за более подробным описанием: Daniel Dennett, Freedom Evolves (New York: Penguin Books, 2003), а также Elbow Room (Cambridge, MA: MIT Press, 1984). Я размышлял над этими идеями с тех самых пор, когда меня впервые подтолкнула к ним Луиза Восгерчян, одна из моих самых влиятельных учителей. Восгерчян — профессор музыки в Гарварде — глубоко интересовалась тем, как научные открытия связаны с эстетическими ощущениями; она попросила меня написать о человеческой свободе и творческом начале с точки зрения современной физики.

135

Искусственный интеллект и машинное обучение иллюстрируют этот момент еще нагляднее. Исследователи разработали алгоритмы для игр, таких как шахматы или го, которые способны дополняться на основе анализа успеха или неудачи предыдущих ходов. Внутри компьютера, где работает такой алгоритм, у нас нет ничего, кроме частиц, двигающихся туда и сюда под полным контролем физических законов. Тем не менее алгоритм улучшается. Алгоритм учится. Ходы алгоритма становятся творческими. Мало того, настолько творческими, что после нескольких часов такой внутренней доработки лучшие образцы способны продвинуться в игре от уровня начинающего игрока до победы над игроками мирового класса. См.: David Silver, Thomas Hubert, Julian Schrittwieser, et al., "A general reinforcement learning algorithm that masters chess, shogi, and Go through self-play", Science 362 (2018): 1140-44.

136

Речь здесь о том, что если «я» есть моя конфигурация частиц, то, когда эта конфигурация меняется, как по организации, так и по составу, остаюсь ли я самим собой? Это вариант еще одного из важнейших вопросов философии — вопроса личной идентичности во времени, — на который существует широкий спектр взглядов и откликов. Мне нравится подход Роберта Нозика, в котором, если воспользоваться несколько формальным языком, мы распознаем мое будущее «я», минимизируя функцию расстояния по пространству кандидатов на эту роль в поисках лица, которое «наиболее точно продолжает» существование, что я вел до этого момента. Разумеется, принципиально важно определить функцию расстояния, и Нозик отмечает, что люди, которые по-разному относятся к определяющим аспектам личности, могут сделать здесь разный выбор. Во многих случаях интуитивное представление о том, кто «наиболее точно продолжает» меня, адекватно, но, в принципе, можно сконструировать искусственные ситуации, способные поставить в тупик. Представьте, к примеру, сбой транспортера, в результате которого в пункте назначения возникнут две идентичные копии меня. Который набор частиц при этом будет «настоящим» мной? В этом случае, считает Нозик, меня, возможно, больше не будет, за отсутствием единственного ближайшего продолжателя. Однако, поскольку меня устраивает неуникальная минимизация функции расстояния, будет решено, скорее всего, что обе копии — это я. Для понятия «я», которое использовалось в этой главе, интуитивное представление о личной идентичности близко к позиции Нозика, поскольку различные наборы частиц, которые мы обозначили бы интуитивно, скажем, «Брайан Грин» на протяжении всей моей жизни, действительно являются наиболее точными продолжениями.

См.: Robert Nozick, Philosophical Explanations (Cambridge, MA: Belknap Press, 1983), 29–70.

137

Эта дискуссия поднимает вопрос: должны ли вы отвечать за последствия поведения, которое ваши сограждане или общество считает неприемлемым. Философы давно обсуждают вопросы, возникающие на стыке свободы воли, моральной ответственности и роли наказания. Вопросы эти сложны и противоречивы. Если коротко, мое мнение таково: по причинам, приведенным в данной главе, ваши действия — хорошие или дурные — это ваша ответственность, даже при отсутствии свободы воли. Вы — это частицы, из которых вы состоите, и если ваши частицы делают что-то предосудительное, это значит, что что-то предосудительное делаете вы. Настоящий вопрос в таком случае состоит в том, какими должны быть последствия? Оставляя в стороне тот факт, что последствия действий также не определяются свободной волей, вопрос в том, должны ли вы нести наказание. Единственный ответ, который представляется мне разумным, — более того, единственный подход к ответу, который представляется мне разумным, — состоит в том, что наказание должно исходить из защиты общественных интересов, включая предотвращение будущих случаев неприемлемого поведения. Опять же, свобода воли сравнима с обучением; Roomba обучается, как и люди. Сегодняшние переживания причинно связаны со вчерашними действиями. Так что если наказание предотвращает дальнейшие неприемлемые действия или удерживает вас и/или других от таких действий, значит, при помощи наказания нам удается привести общество к лучшему состоянию. Аналогичные соображения применимы и к «лабораторным случаям», которые часто упоминают в таких дискуссиях и в которых неприемлемое поведение вызывается уважительными причинами (опухоль мозга, принуждение, шизофрения, мозговые импланты, управляемые гнусными пришельцами, и т. п.), казалось бы, они должны освобождать правонарушителя от ответственности. Из сказанного выше и из обсуждения в главе следует, однако, что такие люди ответственны за свои действия. Их частицы делали неприемлемые вещи. А их частицы и есть они сами. Тем не менее каждый конкретный случай необходимо рассматривать подробно, поскольку, возможно, из-за уважительных причин просто не существует такого наказания, которое принесло бы пользу. Если ваше неприемлемое поведение объясняется опухолью мозга, то наказание, скорее всего, не поможет удержать вас от сходного поведения в сходных обстоятельствах в будущем. А если мы сможем устранить опухоль, вы больше не будете представлять никакой угрозы, так что наказание не даст обществу никакой дополнительной защиты. Короче говоря, наказание должно служить практической цели.

138

Alice Calaprice, ed., The New Quotable Einstein (Princeton: Princeton University Press, 2005), 149.

139

Вертгеймер М. Продуктивное мышление. — М.: Прогресс, 1987.

140

Витгенштейн Л. Логико-философский трактат. — М.: АСТ, 2018.

141

Toni Morrison, Nobel Prize lecture, 7 December 1993. https://www.nobelprize.org/prizes/literature/1993/morrison/lecture/

142

Цитата из сказки «Паутина Шарлотты» Элвина Брукса Уайта. — Прим. науч. ред.

143

С англ. «Мадам, я Адам!». — Прим. пер.

144

Дарвин писал: «Первобытный человек, или, вернее, один из древнейших родоначальников человека, вероятно, впервые употребил свой голос, производя настоящие музыкальные кадансы, т. е. распевая». И добавлял: «Такого рода способность применялась преимущественно во время ухаживания и служила для выражения различных эмоций, например любви, ревности, радости или как вызов для соперников». См.: Дарвин 4. Происхождение человека и половой отбор // Сочинения. Т. 5. — М.: АН СССР, 1953. С. 205.

145

В апрельском выпуске 1869 г. Quarterly ReviewУоллес, говоря о движущих силах эволюции — «законах изменчивости, воспроизведения и выживания», утверждал, что, как отмечалось в этой главе, «мы должны, следовательно, признать возможность того, что в развитии рода человеческого Высший Разум применил те же законы для более благородной цели». См.: Alfred Russel Wallace, "Sir Charles Lyell on geological climates and the origin of species", Quarterly Review 126 (1869): 359-94.

146

Joel S. Schwartz, "Darwin, Wallace, and the Descent of Man", Journal of the History of Biology 17, no. 2 (1984): 271-89.

147

Charles Darwin, letter to Alfred Russel Wallace, 27 March 1869. https://www.darwinproject.ac.uk/letter/?docId=letters/DCP-LETT-6684.xml; query=child;brand=default.

148

Dorothy L. Cheney and Robert M. Seyfarth, How Monkeys See the World: Inside the Mind of Another Species (Chicago: University of Chicago Press, 1992). Запись этих сигналов тревоги можно послушать на веб-страничке Би-би-си: https://www.bbc.co.uk/sounds/play/p016dgw1.

149

Рассел Б. Человеческое познание: его сфера и границы. — М.: ТЕРРА, Кн. клуб: Республика, 2000. С. 66.

150

R. Berwick and N. Chomsky, Why Only Us? (Cambridge, MA: MIT Press, 2015). Хотя некоторые задавались вопросом, не противоречит ли необходимость в сравнительно быстрых биологических переменах, подразумеваемая этой гипотезой, нашим представлениям об эволюции, Хомский возражал, что она вполне согласуется с современным неодарвинистским взглядом, который принимает такие биологические эпизоды, как формирование глаза, хотя они и отклоняются от традиционного взгляда, что все в эволюции должно происходить медленно и постепенно.

151

S. Pinker and P. Bloom, "Natural language and natural selection", Behavioral and Brain Sciences 13, no. 4 (1990): 707-84; Steven Pinker, The Language Instinct (New York: W. Morrow and Co., 1994); Steven Pinker, "Language as an adaptation to the cognitive niche", in Language Evolution: States of the Art, ed. S. Kirby and M. Christiansen (New York: Oxford University Press, 2003), 16–37.

152

К примеру, как отметил лингвист и специалист по психологии развития Майкл Томаселло, «все языки мира, безусловно, имеют между собой что-то общее. Но эти общие черты исходят не из какой-то универсальной грамматики, но, скорее, из универсальных аспектов человеческого познания, социального взаимодействия и обработки информации — все это по большей части уже существовало у людей прежде, чем возникло что-либо похожее на современные языки».

Michael Tomasello, "Universal Grammar Is Dead", Behavioral and Brain Sciences 32, no. 5 (October 2009): 470-71.

153

Simon E. Fisher, Faraneh Vargha-Khadem, Kate E. Watkins, Anthony P. Monaco, and Marcus E. Pembrey, "Localisation of a gene implicated in a severe speech and language disorder", Nature Genetics 18 (1998): 168-70. C. S. L. Lai, et al., "A novel forkhead-domain gene is mutated in a severe speech and language disorder", Nature 413 (2001): 519-23.

154

Johannes Krause, Carles Lalueza-Fox, Ludovic Orlando, et al., "The Derived FOXP2 Variant of Modern Humans Was Shared with Neandertals", Current Biology 17 (2007): 1908-12.

155

Fernando L. Mendez et al. "The Divergence of Neandertal and Modern Human Y Chromosomes", American Journal of Human Genetics 98, no. 4 (2016): 728-34.

156

Guy Deutscher, The Unfolding of Language: An Evolutionary Tour of Mankind's Greatest Invention (New York: Henry Holt and Company, 2005),15.

157

Dean Falk, "Prelinguistic evolution in early hominins: Whence motherese?" Behavioral and Brain Sciences 27 (2004): 491–541; Dean Falk, Finding Our Tongues: Mothers, Infants and the Origins of Language (New York: Basic Books, 2009).

158

R. I. M. Dunbar, "Gossip in Evolutionary Perspective", Review of General Psychology 8, no. 2 (2004): 100-10; Robin Dunbar, Grooming, Gossip, and the Evolution of Language (Cambridge, MA: Harvard University Press, 1997).

159

N. Emler, "The Truth About Gossip," Social Psychology Section Newsletter 27 (1992): 23–37; R. I. M. Dunbar, N. D. C. Duncan, and A. Marriott, "Human Conversational Behavior", Human Nature 8, no. 3 (1997): 231-46.

160

Daniel Dor, The Instruction of Imagination (Oxford: Oxford University Press, 2015).

161

О роли поддержания огня и приготовления пищи см.: Richard Wrangha, Catching Fire: How Cooking Made Us Human (New York: Basic Books; 2009); о групповом воспитании молодняка см.: Sarah Hrdy, Mothers and Others: The Evolutionary Origins of Mutual Understanding (Cambridge, MA: Belknap Press, 2009); об обучении и сотрудничестве см.: Kim Sterelny, The Evolved Apprentice: How Evolution Made Humans Unique (Cambridge, MA: MIT Press, 2012).

162

R. Berwick and N. Chomsky, Why Only Us? (Cambridge, MA: MIT Press, 2015), chapter 2.

163

David Damrosch, The Buried Book: The Loss and Rediscovery of the Great Epic of Gilgamesh (New York: Henry Holt and Company, 2007).

164

Эпос о Гильгамеше («О все видавшем») / Пер. с аккадского И. М. Дьяконова. — СПб.: Наука, 2006. C. 54–55.

165

Введение в теорию и принципы эволюционной психологии см.: John Tooby and Leda Cosmides, "The Psychological Foundations of Culture," in The Adapted Mind: Evolutionary Psychology and the Generation of Culture, ed. Jerome H. Barkow, Leda Cosmides, and John Tooby (Oxford: Oxford University Press, 1992), 19-136; David Buss, Evolutionary Psychology: The New Science of the Mind (Boston: Allyn & Bacon, 2012).

166

S. J. Gould and R. C. Lewontin, "The Spandrels of San Marco and the Panglossian Paradigm: A Critique of the Adaptationist Programme," Proceedings of the Royal Society B 205, no. 1161 (21 September 1979): 581-98.

167

Пинкер С. Как работает мозг. — М.: Кучково поле, 2017. С. 593.

168

Patrick Colm Hogan, The Mind and Its Stories (Cambridge: Cambridge University Press, 2003); Lisa Zunshine, Why We Read Fiction: Theory of Mind and the Novel (Columbus: Ohio State University Press, 2006).

169

Готтшалл Д. Как сторителлинг сделал нас людьми. — М.: КоЛибри, 2020.

170

Keith Oatley, "Why fiction may be twice as true as fact", Review of General Psychology 3 (1999): 101-17.

171

Захватывающее описание работы Жуве см.: Barbara E. Jones, "The mysteries of sleep and waking unveiled by Michel Jouvet", Sleep Medicine 49 (2018): 14–19; Isabelle Arnulf, Colette Buda, and Jean-Pierre Sastre, "Michel Jouvet: An explorer of dreams and a great storyteller", Sleep Medicine 49 (2018): 4–9.

172

Kenway Louie and Matthew A. Wilson, "Temporally Structured Replay of Awake Hippocampal Ensemble Activity During Rapid Eye Movement Sleep", Neuron 29 (2001): 145-56.

173

Диковинные сюжеты, которые мы часто связываем со сновидениями (нарушение физических законов, логической последовательности и внутренней логики), означают, возможно, что просмотр сновидений имеет к встречам в реальном мире лишь косвенное отношение. Однако преобладание подобных нелепых сновидений, возможно, далеко не такое абсолютное, как кажется по нашим личным впечатлениям. Напротив, значительная доля наших сновидений может быть вполне реалистичной по содержанию. Antti Revonsuo, Jarno Tuominen, and Katja Valli, "The Avatars in the Machine — Dreaming as a Simulation of Social Reality", Open MIND (2015): 1-28; Serena Scarpelli, Chiara Bartolacci, Aurora D'Atri, et al., "The Functional Role of Dreaming in Emotional Processes", Frontiers in Psychology 10 (March 2019): 459.

174

Alfred North Whitehead, Science and the Modern World (New York: Free Press, 1953), 10.

175

Joyce Carol Oates, "Literature as Pleasure, Pleasure as Literature," Narrative. https://www.narrativemagazine.com/issues/stories-week-2015-2016/story-week/literature-pleasure-pleasure-literature-joyce-carol-oates Jerome Bruner, "The Narrative Construction of Reality", Critical Inquiry 18, no. 1 (Autumn 1991): 1-21.

176

Jerome Bruner, Making Stories: Law, Literature, Life (New York: Farrar, Straus and Giroux, 2002), 16.

177

Brian Boyd, "The evolution of stories: from mimesis to language, from fact to fiction," WIREs Cognitive Science 9 (2018): 7–8, e1444.

178

John Tooby and Leda Cosmides, "Does Beauty Build Adapted Minds? Toward an Evolutionary Theory of Aesthetics, Fiction and the Arts", SubStance 30, no. 1/2, issue 94/95 (2001): 6-27.

179

Ernest Becker, The Denial of Death (New York: Free Press, 1973), 97. 180

180

Кэмпбелл Д. Герой с тысячью лицами: Миф. Архетип. Бессознательное. — СПб.: София, 1997..

181

Michael Witzel, The Origins of the World's Mythologies (New York: Oxford University Press, 2012).

182

Армстронг К. Краткая история мифа. — М.: Открытый мир, 2005. С. 11.

183

Юрсенар М. Восточные новеллы. — М.: Энигма, 1996.

184

Scott Leonard and Michael McClure, Myth and Knowing (New York: McGraw-Hill Higher Education, 2004), 283–301.

185

Michael Witzel, The Origins of the World's Mythologies (New York: Oxford University Press, 2012), 79.

186

Dan Sperber, Rethinking Symbolism (Cambridge: Cambridge University Press, 1975); Dan Sperber, Explaining Culture: A Naturalistic Approach (Oxford: Blackwell Publishers Ltd., 1996).

187

Pascal Boyer, "Functional Origins of Religious Concepts: Ontological and Strategic Selection in Evolved Minds", Journal of the Royal Anthropological Institute 6, no. 2 (June 2000): 195–214. См. также: M. Zuckerman, "Sensation seeking: A comparative approach to a human trait", Behavioral and Brain Sciences 7 (1984): 413-71.

188

Бертран Рассел подчеркивает роль языка в развитии мысли, отмечая, что «язык не только служит для выражения мыслей, но и делает возможными мысли, которые без него не могли бы существовать» (Рассел Б. Человеческое познание. — М., 2000. С. 67). Он описывает, как некоторые «хорошо отработанные мысли» требуют слов, и в качестве примера отмечает, что, очевидно, нельзя «иметь вообще никакой мысли, точно соответствующей тому, что утверждается в предложении: "отношение длины окружности круга к его диаметру равно приблизительно 3,14159"». Конструкты менее точные, но лежащие вне рамок повседневного опыта, такие как говорящие деревья, плачущие облака или счастливые камешки, поддаются бессловесному воплощению в человеческом сознании, но комбинаторная и иерархическая природа языка особенно хорошо подходит для их создания. Дэниел Деннет подчеркивает роль языка в человеческой способности придумывать сочетания свойств, которые по отдельности существуют в реальности, но вместе переносят нас в царство фантастики (Daniel Dennett, Breaking the Spell: Religion as a Natural Phenomenon [New York: Penguin Publishing Group, 2006], 121). Как мы будем обсуждать в главе 8, некоторые виды искусства способны усиливать поток идей в другом направлении: от мыслей, выраженных словами, к свободным от языка эмпирическим чувствам.

189

Justin L. Barrett, Why Would Anyone Believe in God? (Lanham, MD: AltaMira, 2004); Stewart Guthrie, Faces in the Clouds: A New Theory of Religion (New York: Oxford University Press, 1993).

190

Раскопки в Кафзехе начал в 1934 г. французский археолог Рене Невиль, а продолжила команда под руководством антрополога Бернара Вандермерша. По словам Вандермерша и его коллег, организация погребения Кафзех 11 «указывала на погребальное приношение, а не на случайное попадание туда этого предмета. Все эти наблюдения активно поддерживают интерпретацию намеренного церемониального погребения». См.: Hélène Coqueugniot et al., "Earliest cranio-encephalic trauma from the Levantine Middle Palaeolithic: 3D reappraisal of the Qafzeh 11 skull, consequences of pediatric brain damage on individual life condition and social care", PloS One 9 (23 July 2014): 7 e102822.

191

Erik Trinkaus, Alexandra Buzhilova, Maria Mednikova, and Maria Dobrovolskaya, The People of Sunghir: Burials, Bodies and Behavior in the Earlier Upper Paleolithic (New York: Oxford University Press, 2014). [На русском языке можно посмотреть, например: Никитюк Б. А., Харитонов В. М. Посткраниальный скелет детей с верхнепалеолитической стоянки Сунгирь // Сунгирь. Антропологическое исследование. — М.: Наука, 1984. С. 182–203. В 2017 году был проведен генетический анализ остатков, и выяснилось, что оба погребенных ребенка — мальчики: Sikora M, et al. Science, v. 358, 659-62. На русском языке: Руссо М. Сунгирь: мальчик, и еще мальчик // Полит. ру, 03.11.2017, URL: https://polit.ru/article/2017/11/03/ps sunghir. — Прим. науч. ред.]

192

Edward Burnett Tylor, Primitive Culture, vol. 2 (London: John Murray 1873; Dover Reprint Edition, 2016), 24.

193

Mathias Georg Guenther, Tricksters and Trancers: Bushman Religion and Society (Bloomington, IN: Indiana University Press, 1999), 180-98.

194

Peter J. Ucko and Andrée Rosenfeld, Paleolithic Cave Art (New York: McGraw-Hill, 1967), 117-23, 165-74.

195

David Lewis-Williams, The Mind in the Cave: Consciousness and the Origins of Art (New York: Thames & Hudson, 2002), 11. Хотя многие произведения созданы на более доступных поверхностях, существование значительного количества рисунков, выполнить которые было чрезвычайно трудно, придает этой точке зрения весомость.

196

Salomon Reinach, Cults, Myths and Religions, trans. Elizabeth Frost (London: David Nutt, 1912), 124-38.

197

Эта гипотеза получила широкое хождение, но обнаруженное впоследствии несоответствие между животными, кости которых обнаруживались в окрестностях пещер, и животными, изображенными на стенах этих пещер, вызывает сомнение. Если вы пытаетесь приманить к себе немножко лишней удачи в охоте на бизона, то и рисовать вы, вероятно, будете бизона. Ну или нам так кажется. Но данные не подтверждают этих ожиданий. См.: Jean Clottes, What Is Paleolithic Art? Cave Paintings and the Dawn of Human Creativity (Chicago: University of Chicago Press, 2016).

198

Бенджамин Смит, при личном общении, 13 марта 2019 г.

199

Буайе П. Объясняя религию: Природа религиозного мышления. — М.: Альпина нон-фикшн, 2018.

200

Подробное обсуждение этого вопроса см., к примеру: The Adapted Mind: Evolutionary Psychology and the Generation of Culture, Jerome H. Barkow, Leda Cosmides, and John Tooby, eds. (Oxford: Oxford University Press, 1992); David Buss, Evolutionary Psychology: The New Science of Mind (Boston: Allyn & Bacon, 2012).

201

Среди других доступных работ по когнитивному подходу к религии см., к примеру: Justin L. Barrett, Why Would Anyone Believe in God? (Lanham, MD: AltaMira Press, 2004); Scott Atran, In Gods We Trust: The Evolutionary Landscape of Religion (Oxford: Oxford University Press, 2002); Todd Tremlin, Minds and Gods: The Cognitive Foundations of Religion (Oxford: Oxford University Press, 2006).

202

Pascal Boyer, Religion Explained: The Evolutionary Origins of Religious Thought (New York: Basic Books, 2007), 46–47 [Буайе П. Объясняя религию. — М., 2018. — Прим. науч. ред.]; Daniel Dennett, Breaking the Spell: Religion as a Natural Phenomenon (New York: Penguin Books, 2006), 122-23; Richard Dawkins, The God Delusion (New York: Houghton Mifflin Harcourt, 2006), 230-33 [Докинз Р. Бог как иллюзия. — М.: Колибри, 2008. — Прим. науч. ред.].

203

Теория родственного отбора (или совокупной приспособленности), впервые описанного Дарвином, развита в: Фишер Р. Генетическая теория естественного отбора. — М.: Ижевск, 2011; J. B. S. Haldane, The Causes of Evolution (London: Longmans, Green & Co., 1932); и W. D. Hamilton, "The Genetical Evolution of Social Behaviour", Journal of Theoretical Biology 7, no. 1 (1964): 1-16. Ближе к нашему времени полезность совокупной приспособленности в понимании эволюционного процесса была поставлена под сомнение: M. A. Nowak, C. E. Tarnita, and E. O. Wilson, "The evolution of eusociality", Nature 466 (2010): 1057-62. Ответную критическую статью подписали 136 исследователей: P. Abbot, J. Abe, J. Alcock, et al., "Inclusive fitness theory and eusociality", Nature 471 (2010): E1-E4.

204

David Sloan Wilson, Does Altruism Exist? Culture, Genes and the Welfare of Others (New Haven: Yale University Press, 2015); David Sloan Wilson, Darwin's Cathedral: Evolution, Religion and the Nature of Society (Chicago: University of Chicago Press, 2002).

205

Один из примеров см.: Steven Pinker in "The Believing Brain," World Science Festival public program, New York City, Gerald Lynch Theatre, 2 June 2018, https://www.worldsciencefestival.com/videos/believing-brain-evolution-neuroscience-spiritual-instinct (отметка 46:50–49:16).

206

Дарвин Ч. Происхождение человека и половой отбор // Сочинения. Т. 5. — М.: АН СССР, 1953. С. 242.

Комментарий Дарвина отсылает нас к давнему вялотекущему спору в эволюционной теории, связанному с процессом группового отбора. Стандартная эволюционная теория основана на естественном отборе, который действует на уровне отдельных организмов: организмы, лучше способные выжить и оставить потомство, будут более успешны в передаче своего генетического материала следующим поколениям. Групповой отбор действует аналогично, но на целые группы особей: группы, лучше приспособленные для выживания (как группы) и воспроизведения (в смысле приобретения большего количества членов и образования новых групп), смогут успешнее передать свои доминантные черты последующим группам. (Замечание Дарвина сосредоточено на том, что сотрудничающие особи вносят свой вклад в успех группы, который проявляется в росте числа ее членов в противовес числу членов в других аналогичных группах, но полагается он все же на фундаментальную взаимосвязь вариантов поведения, благоприятных для индивида, и вариантов, благоприятных для группы.) Никто не спорит с тем, что групповой отбор в принципе возможен. Споры идут о том, происходит ли он на самом деле. Вопрос упирается в шкалу времени. По общему мнению, типичный промежуток времени, за который индивидуум либо оставит потомство, либо умрет, много меньше, чем соответствующие промежутки времени, за которые группа либо разделится, либо исчезнет. А если это так, говорят критики группового отбора, то групповой отбор — процесс слишком медленный, чтобы играть заметную роль. В ответ Дэвид Слоан Уилсон, давний пропагандист группового отбора (в еще более обобщенной форме, известной как многоуровневый отбор), заявил, что спор этот сводится в значительной степени к разным, но в конечном итоге эквивалентным методам подсчета (разным способам деления всего населения) и потому менее противоречив, чем продолжающиеся споры заставляют его выглядеть (см.: David Sloan Wilson, Does Altruism Exist? Culture, Genes and the Welfare of Others [New Haven: Yale University Press, 2015], 31–46).

207

Важность эмоциональной основы религиозного рвения исследуется в: R. Sosis, "Religion and intra-group cooperation: Preliminary results of a comparative analysis of utopian communities", Cross-Cultural Research 34 (2000): 70–87; R. Sosis and C. Alcorta, "Signaling, solidarity, and the sacred: The evolution of religious behavior," Evolutionary Anthropology 12 (2003): 264-74.

208

Robert Axelrod and William D. Hamilton, "The Evolution of Cooperation," Science 211 (March 1981): 1390-96; Robert Axelrod, The Evolution of Cooperation, rev. ed. (New York: Perseus Books Group, 2006).

209

Jesse Bering, The Belief Instinct (New York: W. W. Norton, 2011).

210

Sheldon Solomon, Jeff Greenberg, and Tom Pyszczynski, The Worm at the Core: On the Role of Death in Life (New York: Random House Publishing Group, 2015), 122.

211

Abram Rosenblatt, Jeff Greenberg, Sheldon Solomon, et al., "Evidence for Terror Management Theory I: The Effects of Mortality Salience on Reactions to Those Who Violate or Uphold Cultural Values", Journal of Personality and Social Psychology 57 (1989): 681-90. For a review, see Sheldon Solomon, Jeff Greenberg, and Tom Pyszczynski, "Tales from the Crypt: On the Role of Death in Life", Zygon 33, no. 1 (1998): 9-43.

212

Tom Pyszczynski, Sheldon Solomon, and Jeff Greenberg, "Thirty Years of Terror Management Theory", Advances in Experimental Social Psychology 52 (2015): 1-70.

213

Буайе П. Объясняя религию. — М., 2016.

214

Джеймс У. Многообразие религиозного опыта.

215

Stephen Jay Gould, The Richness of Life: The Essential Stephen Jay Gould (New York: W. W. Norton, 2006), 232-33.

216

Stephen J. Gould, in Conversations About the End of Time (New York: Fromm International, 1999). Для изучения влияния осознания смертности на веру в сверхъестественные сущности, см., к примеру: A. Norenzayan and I. G. Hansen, "Belief in supernatural agents in the face of death", Personality and Social Psychology Bulletin 32 (2006): 174-87.

217

Ясперс К. Смысл и назначение истории. — М., 1991. С. 33.

218

Ригведа. В 3 т. / Пер. Т. Я. Елизаренковой. Т. 3. Мандалы IX–X. — М.: Наука, 1999. С. 286.

219

Его святейшество далай-лама, Хьюстон, штат Техас, 21 сентября 2005 г. Мне не удалось найти запись того разговора, но это, по крайней мере, очень точный пересказ его ответа.

220

Как и в случае с историческими корнями всех основных религий, ученые спорят, когда конкретно были написаны различные тексты, когда они достигли своей канонической формы и так далее. Приведенные мной даты соответствуют некоторым ученым мнениям, но, поскольку универсального согласия здесь нет, их следует рассматривать как очень и очень приблизительные.

221

David Buss, Evolutionary Psychology: The New Science of Mind (Boston: Allyn & Bacon, 2012), 90–95, 205–206, 405–409.

222

Глубокое, доступное и живое обсуждение человеческих верований и различных факторов, которые на них влияют, см.: Michael Shermer, The Believing Brain: From Ghosts and Gods to Politics and Conspiracies (New York: St. Martin's Griffin, 2011). Хотя влияние, которое эмоции, вероятно, оказали на веру, может показаться очевидным, до недавнего времени внимание ученых, как правило, подчеркивало влияние веры на эмоции, что подчеркивается в: N. Frijda, A. S. R. Manstead, and S. Bem, "The influence of emotions on belief", in Emotions and Beliefs: How Feelings Influence Thoughts (Studies in Emotion and Social Interaction), ed. N. Frijda, A. Manstead, and S. Bem (Cambridge: Cambridge University Press, 2000), 1–9. Изучение влияния эмоций на формирование новых верований, а также на готовность изменить верования описано в: N. Frijda and B. Mesquita, "Beliefs through emotions", in Emotions and Beliefs: How Feelings Influence Thoughts (Studies in Emotion and Social Interaction), ed. N. Frijda, A. Manstead, and S. Bem (Cambridge: Cambridge University Press, 2000), 45–77.

223

Грин Б. Скрытая реальность. — М.: URSS, Либроком, 2013.

224

Буайе П. Объясняя религию. М., 2016. [Последний фрагмент приведен здесь в переводе более близком к оригиналу. — Прим. науч. ред.]

225

Армстронг К. Краткая история мифа. — М.: Открытый мир, 2005.

226

Там же.

227

Guy Deutscher, The Unfolding of Language: An Evolutionary Tour of Mankind's Greatest Invention (New York: Henry Holt and Company, 2005).

228

Джеймс У. Многообразие религиозного опыта. — М., 1993. С. 388.

229

Там же.

230

Howard Chandler Robbins Landon, Beethoven: A Documentary Study (New York: Macmillan Publishing Co., Inc., 1970), 181.

231

Ницше Ф. Сумерки идолов, или Как философствуют молотом // Ницше Ф. Сочинения в 2 т. Т. 2. — М.: Мысль, 1990. С. 561.

232

Шоу Б. Назад к Мафусаилу // Полное собрание пьес в 6 т. Т. 5.— М.: Искусство, 1980. С. 296.

233

David Sheff, "Keith Haring, An Intimate Conversation", Rolling Stone 589 (August 1989): 47.

234

Josephine C. A. Joordens et al., "Homo erectus at Trinil on Java used shells for tool production and engraving", Nature 518 (12 February 2015): 228-31.

235

Точнее говоря, важно, чтобы гены, принадлежащие особи, были переданы следующему поколению, а этой цели можно добиться, если произвести на свет потомство или обеспечить, чтобы потомство произвели на свет другие особи, имеющие с данной значительную часть общих генов.

236

Брачные ритуалы белобородых манакинов подробно описаны в: Richard Prum, The Evolution of Beauty: How Darwin's Forgotten Theory on Mate Choice Shapes the Animal World and Us (New York: Doubleday, 2017), 1544-45, Kindle. Танцы и выбор партнера у светлячков описаны в: S. M. Lewis and C. K. Cratsley, "Flash signal evolution, mate choice, and predation in fireflies," Annual Review of Entomology 53 (2008): 293–321. Конструкции шалашников описаны и проиллюстрированы в: Peter Rowland, Bowerbirds (Collingwood, Australia: CSIRO Publishing, 2008), 40–47.

237

Сопротивление идее полового отбора объяснялось отчасти также тем, что за разборчивыми самочками признавалось право выбора и связанная с ним селективная власть; викторианским биологам, почти исключительно мужчинам, это было отвратительно. См., к примеру: H. Cronin, The Ant and the Peacock: Altruism and Sexual Selection from Darwin to Today (Cambridge: Cambridge University Press, 1991). Обратите также внимание, что есть виды, в которых выбор — удел самцов, и виды, в которых в этом процессе задействованы обе стороны.

238

Дарвин Ч. Происхождение человека и половой отбор. — М.: Терра, 2010.

239

Уоллес предложил для телесных украшений самцов альтернативное объяснение: есть самцы, обладающие чрезмерной «жизненной силой», и сила эта, не имея иного доступного выхода, воплощается в яркие цвета, длинные хвосты, продолжительные песни и т. п. Он утверждал также, что привлекательные телесные украшения обязательно коррелируют со здоровьем и силой и служат, таким образом, их зримым индикатором, делая половой отбор всего лишь одной из разновидностей естественного отбора. См.: Alfred Russel Wallace, Natural Selection and Tropical Nature (London: Macmillan and Co., 1891). Орнитолог Ричард Прам утверждает, что исследователи часто неоправданно отбрасывают вариант с врожденным эстетическим чувством в пользу адаптивных объяснений; свою спорную позицию он изложил в: Richard Prum, The Evolution of Beauty: How Darwin's Forgotten Theory on Mate Choice Shapes the Animal World and Us (New York: Doubleday, 2017).

240

Асимметрию «самец — самка» на арене репродуктивной стратегии исследовал и описал Роберт Трайверс в: Robert Trivers, "Parental Investment and Sexual Selection", in Sexual Selection and the Descent of Man: The Darwinian Pivot, ed. Bernard G. Campbell (Chicago: Aldine Publishing Company, 1972), 136-79.

241

Geoffrey Miller, The Mating Mind: How Sexual Choice Shaped the Evolution of Human Nature (New York: Anchor, 2000); Denis Dutton, The Art Instinct (New York: Bloomsbury Press, 2010). Эта точка зрения имеет непосредственное отношение к предложенной ранее Амоцем Захави гипотезе, принципу гандикапа, согласно которому некоторые животные рекламируют свое физическое состояние при помощи демонстрации своеобразной «показной расточительности», которая может принимать вид экстравагантных телесных черт или вариантов поведения. Петух, который может себе позволить таскать всюду красивый, но неудобный хвост, заверяет потенциальных партнерш в своей силе и здоровье, поскольку его более слабые собратья не выжили бы с такой чрезмерной, мешающей выживанию штукой. Идея, таким образом, состоит в том, что древние художники, возможно, превращали адаптивную бесполезность собственного искусства в похожую публичную демонстрацию силы и физического состояния, повышая таким образом свои репродуктивные возможности и, соответственно, передавая по наследству склонность к искусству как средству привлечения партнерш. См.: Amotz Zahavi, "Mate selection — A selection for a handicap", Journal of Theoretical Biology 53, no. 1 (1975): 205-14.

242

Brian Boyd, "Evolutionary Theories of Art", in The Literary Animal: Evolution and the Nature of Narrative, ed. Jonathan Gottschall and David Sloan Wilson (Evanston, IL: Northwestern University Press, 2005), 147.

Упомянутую в этом разделе критику полового отбора как объяснения художественной деятельности человека можно найти во многих работах. Вот короткий пример. Если искусство объясняется половым отбором, нам, вероятно, следовало бы ожидать, что оно будет чисто мужским предприятием, тонко настроенными на сексуальный успех, то есть действием, которым наиболее активно будут заниматься мужчины в самом расцвете репродуктивных сил и которое будет направлено исключительно на потенциальных партнеров-женщин (Brian Boyd, On the Origin of Stories [Cambridge: Belknap Press, 2010], 76; Ellen Dissanayake, Art and Intimacy [Seattle: University of Washington Press, 2000], 136). Интеллект и креативность не всегда могут служить надежными индикаторами физического состояния — сочетание физической слабости и творческих способностей встречается не так уж редко (James R. Roney, "Likeable but Unlikely, a Review of the Mating Mind by Geoffrey Miller", Psycoloquy 13, no. 10 (2002), article 5).

Имеются ли свидетельства того, что художественные изыски являются для мужчин лучшим средством рассказать о своем здоровье и физическом состоянии, нежели хвастовство социальными связями, демонстрация богатства, победа в спортивных состязаниях и т. п.? (Stephen Davies, The Artful Species: Aesthetics, Art, and Evolution [Oxford: Oxford University Press, 2012], 125.)

243

Пинкер С. Как работает мозг. — М., 2007. С. 575.

244

Ellen Dissanayake, Art and Intimacy: How the Arts Began (Seattle: University of Washington Press, 2000), 94.

245

Noël Carroll, "The Arts, Emotion, and Evolution", in Aesthetics and the Sciences of Mind, ed. Greg Currie, Matthew Kieran, Aaron Meskin, and Jon Robson (Oxford: Oxford University Press, 2014).

246

Грин Б. Элегантная Вселенная. — М.: URSS, 2008.

247

Glenn Gould in The Glenn Gould Reader, ed. Tim Page (New York: Vintage Books, 1984), 240.

248

Brian Boyd, On the Origin of Stories (Cambridge, MA: Belknap Press, 2010), 125.

249

Jane Hirshfield, Nine Gates: Entering the Mind of Poetry (New York: Harper Perennial, 1998), 18.

250

Saul Bellow, Nobel lecture, 12 December 1976, from Nobel Lectures, Literature 1968–1980, ed. Sture Allén (Singapore: World Scientific Publishing Co., 1993). [Частично цит. по: Орелев В. Опыт поэтики театра. — Орел; Днепропетровск, 1997. — Прим. науч. ред.]

251

Joseph Conrad, The Nigger of the "Narcissus" (Mineola, NY: Dover Publications, Inc., 1999), vi.

252

Yip Harburg, "Yip at the 92nd Street YM-YWHA, December 13, 1970", transcript 1-10-3, p. 3, tapes 7-2-10 and 7-2-20.

253

Yip Harburg, "E. Y. Harburg, Lecture at UCLA on Lyric Writing, February 3, 1977", transcript, pp. 5–7, tape 7-3-10.

254

Пруст М. В поисках утраченного времени. Книга V. Пленница (пер. А. Франковского); Книга VII. Обретенное время (пер. А. Година).

255

Пруст М. В поисках утраченного времени. Книга V. Пленница (пер. А. Франковского).

256

Шоу Б. Назад к Мафусаилу // Полное собрание пьес в 6 т. Т. 5.— М.: Искусство. 1980. С. 297.

257

Ellen Greene, "Sappho 58: Philosophical Reflections on Death and Aging", in The New Sappho on Old Age: Textual and Philosophical Issues, ed. Ellen Greene and Marilyn B. Skinner, Hellenic Studies Series 38 (Washington, DC: Center for Hellenic Studies, 2009); Ellen Greene, ed., Reading Sappho: Contemporary Approaches (Berkeley: University of California Press, 1996).

258

Шекспир У. Сонет LXXXI (пер. А. Финкеля).

259

Joseph Wood Krutch, "Art, Magic, and Eternity", Virginia Quarterly Review 8, no. 4, (Autumn 1932); https://www.vqronline.org/essay/art-magic-and-eternity.

260

Что касается альтернативной точки зрения (как в сноске 5 к главе 1), то некоторые авторы предполагают, что тревога, связанная с неизбежностью смерти, и сопутствующее ей отрицание смерти, в том виде, в каком это описывал Эрнест Беккер, представляют собой современное течение, развившееся в основном под влиянием роста продолжительности жизни и упадка религии. См., к примеру: Philippe Aries, The Hour of Our Death, trans. Helen Weaver (New York: Alfred A. Knopf, 1981).

261

Йейтс У. Б. Плавание в Византию / Пер. Г. Кружкова. — СПб.: Азбука-классика, 2007.

262

Мелвилл Г. Моби Дик, или Белый кит. — М.: АСТ, 2016.

263

Edgar Allan Poe as quoted in J. Gerald Kennedy, Poe, Death, and the Life of Writing (New Haven: Yale University Press, 1987), 48.

264

Теннесси У. Кошка на раскаленной крыше. — АСТ, Астрель, Neoclassic, 2010.

265

Достоевский Ф. Преступление и наказание. — М.: АСТ, 2015.

266

Sylvia Plath, The Collected Poems, ed. Ted Hughes (New York: Harper Perennial, 1992), 255.

267

Дуглас А. Жизнь, Вселенная и все остальное. — М.: АСТ, Ермак, 2003.

268

Pablo Casals, from Bach Festival: Prades 1950, as quoted in Paul Elie, Reinventing Bach (New York: Farrar, Straus and Giroux, 2012), 447.

269

Joseph Conrad, The Nigger of the "Narcissus" (Mineola, NY: Dover Publications, Inc., 1999), vi.

270

Helen Keller, Letter to New York Symphony Orchestra, 2 February 1924, digital archives of American Foundation for the Blind, filename HK01- 07 B114 F08 015 002.tif.

271

Некоторые видные мыслители высказывают предположение, что человеческая эволюция подошла к концу. Так, Стивен Джей Гулд отмечал, что с точки зрения биологии сегодняшний человек, в сущности, ничем не отличается от людей, живших еще 50 000 лет назад (Stephen Jay Gould, "The spice of life", Leader to Leader 15 [2000]: 14–19). Другие исследователи, изучающие человеческий геном, утверждают, напротив, что темпы человеческой эволюции ускоряются (см., к примеру: John Hawks, Eric T. Wang, Gregory M. Cochran, et al., "Recent acceleration of human adaptive evolution", Proceedings of the National Academy of Sciences 104, no. 52 [December 2007]: 20753-58; Wenqing Fu, Timothy D. O'Connor, Goo Jun, et al., "Analysis of 6,515 exomes reveals the recent origin of most human protein-coding variants", Nature 493 [10 January 2013]: 216-20).

272

При изучении различных популяций получены данные об относительно недавней генетической эволюции. Среди примеров можно назвать рост мужчин-голландцев, у который исключительное увеличение средних показателей отражает, возможно, действие полового и естественного отбора (Gert Stulp, Louise Barrett, Felix C. Tropf, and Melinda Mill, "Does natural selection favour taller stature among the tallest people on earth?" Proceedings of the Royal Society B 282, no. 1806 [7 May 2015]: 20150211) and adaptations to high-altitude environments (Abigail Bigham et al., "Identifying signatures of natural selection in Tibetan and Andean populations using dense genome scan data", PLoS Genetics 6, no. 9 [9 September 2010]: e1001116). Choongwon Jeong and Anna Di Rienzo, "Adaptations to local environments in modern human populations", Current Opinion in Genetics & Development 29 (2014), 1–8; Gert Stulp, Louise Barrett, Felix C. Tropf, and Melinda Mill, "Does natural selection favour taller stature among the tallest people on earth?" Proceedings of the Royal Society B 282, no. 1806 (7 May 2015): 20150211 (см. также примечание 1 выше).

273

Осторожную попытку рассмотреть подобное предположение предпринял Стивен Карлип в: Steven Carlip, "Transient Observers and Variable Constants, or Repelling the Invasion of the Boltzmann's Brains", Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 06 (2007): 001.

274

Обратите внимание: единственное возможное изменение, которое мы будем рассматривать, это изменение величины темной энергии. Как говорится в этой главе, только в конце 1990-х гг. астрономические наблюдения убедили физическое сообщество, что отказ Эйнштейна от космологической постоянной в 1931 г. («Прочь космологический член!») был преждевременным. Кроме того, преждевременным было отнесение космологической постоянной к разряду «постоянных».

275

Вполне возможно, что величина эйнштейновского космологического члена изменяется со временем, и эта возможность, как мы увидим, повлечет за собой глубокие следствия для будущего.

276

Другой взгляд на будущее разума вы можете найти в: Дойч Д. Начало бесконечности. — М.: Альпина нон-фикшн, 2020.

277

Физическая эсхатология, физика далекого будущего, привлекает обычно меньше внимания, чем физика далекого прошлого. Тем не менее на эту тему было немало исследований. Обширный список ссылок содержится в: Milan M. Cirkovic, "Resource Letter: PEs-1, Physical Eschatology", American Journal of Physics 71 (2003): 122. В последующей дискуссии большое значение имеют знаковая статья Фримена Дайсона: Freeman Dyson, "Time without end: Physics and biology in an open universe", Reviews of Modern Physics 51 (1979): 447-60, и статья Фреда Адамса и Грегори Лафлина: Fred C. Adams and Gregory Laughlin, "A dying universe: The long-term fate and evolution of astrophysical objects", Reviews of Modern Physics 69 (1997): 337-72, в которой тема развивается дальше и куда вошли новые результаты по планетной, звездной и галактической динамике, о которых рассказывается также в их прекрасной популярной книге: The Five Ages of the Universe: Inside the Physics of Eternity (New York: Free Press, 1999). Начало современному этапу развития темы положили статьи: M. J. Rees, "The collapse of the universe: An eschatological study", Observatory 89 (1969): 193-98, и Jamal N. Islam, "Possible Ultimate Fate of the Universe", Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 18 (March 1977): 3–8. I.-J. Sackmann, A. I. Boothroyd, and K. E. Kraemer, "Our Sun. III. Present and Future", Astrophysical Journal 418 (1993): 457; Klaus-Peter Schroder and Robert C. Smith, "Distant future of the Sun and Earth revisited", Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 386, no. 1 (2008): 155-63.

278

Знающий читатель отметит, что принцип запрета Паули должен был уже сыграть определенную роль в эволюции Солнца. Перед запуском гелиевого синтеза в ядре Солнца плотность его должна была быть достаточно велика, чтобы давление, обусловленное вырождением электронов в соответствии с принципом Паули, стало значимым. В самом деле упомянутая мною «зрелищная, но короткая вспышка», отмечающая переход к гелиевому синтезу, возникает из-за особых свойств газа из вырожденных электронов, населяющих ядро (этот газ не расширяется и не остывает в ответ на тепло, вырабатываемое при запуске гелиевого синтеза, что приводит к колоссальному разгону ядерной реакции, не слишком сильно отличающейся от действия гелиевой бомбы). Alan Lindsay Mackay, The Harvest of a Quiet Eye: A Selection of Scientific Quotations (Bristol, UK: Institute of Physics, 1977): 117.

279

Первоначальное признание ключевой роли принципа запрета Паули в строении белых карликов было сделано Р. Фаулером: R. H. Fowler, "On Dense Matter", Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 87, no. 2 (1926): 114-22. Важность релятивистских эффектов признал также Субраманьян Чандрасекар в: Subrahmanyan Chandrasekhar, "The Maximum Mass of Ideal White Dwarfs", Astrophysical Journal 74 (1931): 81–82. Его результат, известный как предел Чандрасекара, показывает, что сжатие любой звезды с массой меньшей, чем примерно 1,4 массы Солнца, будет точно так же остановлено сопротивлением, возникающим из-за принципа запрета Паули. Впоследствии выяснилось, что в более массивных звездах сила сжатия сможет заставить электроны сливаться с протонами с образованием нейтронов. Этот процесс позволяет звездам сжиматься и дальше, но в какой-то момент нейтроны окажутся упакованы так плотно, что принцип запрета Паули снова вступит в игру — и, опять же, остановит дальнейшее сжатие. Результат — нейтронная звезда.

280

Хотя в среднем расстояния между галактиками растут, существуют галактики, которые располагаются достаточно близко друг к другу, чтобы их взаимное гравитационное притяжение заставляло их сближаться. Мы еще поговорим о том, что именно так обстоят дела с галактиками Млечный Путь и туманность Андромеды.

281

S. Perlmutter et al., "Measurements of Q and Л from 42 High-Redshift Supernovae", Astrophysical Journal 517, no. 2 (1999): 565; B. P. Schmidt et al., "The High-Z Supernova Search: Measuring Cosmic Deceleration and Global Curvature of the Universe Using Type IA Supernovae", Astrophysical Journal 507 (1998): 46.

282

Для полноты отметьте, что все объяснения ускоренного пространственного расширения, воспринимаемые всерьез, указывают на гравитацию. Но делают это они, в широком смысле, двумя разными способами. Либо поведение силы тяготения на космологических расстояниях отличается от того, что мы ожидаем увидеть на основании описаний Ньютона и Эйнштейна, либо источники тяготения отличаются от того, что мы ожидаем увидеть на основании традиционных представлений о веществе и энергии. Хотя оба подхода имеют право на существование, второй получил более полное развитие и нашел более широкое применение (при объяснении не только ускоренного расширения пространства, но и деталей в наблюдаемом реликтовом космическом излучении), так что именно этому подходу мы и будем следовать.

283

Плотность темной энергии составляет примерно 5 х 10–10 джоулей на кубический метр, или примерно 5 х 10–10 ватт-секунд на кубический метр. Для горения лампочки 100 Вт в течение одной секунды требуется в 2 х 10^11 раз больше энергии, чем содержится темной энергии в одном кубическом сантиметре. Таким образом, этой энергии хватит на горение лампочки 100 Вт на протяжении около 5 х 10–12 секунды, или пяти триллионных долей секунды.

284

Если величина темной энергии не меняется во времени, то сама эта энергия идентична космологической постоянной Эйнштейна — отчаянному средству, которое Эйнштейн ввел в свои расчеты в 1917 г., когда понял, что уравнения общей теории относительности не в состоянии объяснить общепринятое мнение о том, что на больших масштабах Вселенная статична. Проблема, с которой столкнулся Эйнштейн, состояла в том, что статика требует равновесия, но гравитация, судя по всему, работает только в одном направлении. При отсутствии уравновешивающей силы статичная Вселенная казалась невозможной. К счастью, затем Эйнштейн понял, что с введением одного нового члена — той самой космологической постоянной — в уравнения общая теория относительности разрешает также отталкивающую гравитацию, которая способна уравновесить обычную притягивающую гравитацию и делает статичную Вселенную возможной. (Эйнштейн не учел, что такое равновесие неустойчиво — небольшое изменение размеров статичной Вселенной, ее увеличение или уменьшение, привело бы к нарушению баланса и, соответственно, ее расширению или сжатию.) Однако всего через десять с небольшим лет Эйнштейн узнал, что Вселенная расширяется. Осознав это, Эйнштейн совершил знаменитый шаг — исключил космологическую постоянную из своих уравнений. Но Эйнштейн выпустил джинна отталкивающей гравитации из бутылки общей теории относительности. Со временем отталкивающей гравитации суждено было сослужить космологии большую службу, обеспечив распирающее давление в момент Большого взрыва, а после этого предложив объяснение ускоренного расширения пространства. Как говорили многие, из всего этого видно, что даже неудачные идеи Эйнштейна хороши.

285

Robert R. Caldwell, Marc Kamionkowski, and Nevin N. Weinberg, "Phantom Energy and Cosmic Doomsday", Physical Review Letters 91 (2003): 071301.

286

Abraham Loeb, "Cosmology with hypervelocity stars," Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 04 (2011): 023.

287

Энергия внутри Земли — тоже остаток тепла, произведенного, когда гравитационное притяжение смяло облако пыли и газа в нарождающуюся планету. Кроме того, тепло вырабатывается при вращении Земли, потому что при движении возникают напряжения в глубоких геологических слоях, которым для поддержания вращения с общей скоростью необходимо постоянное воздействие. [Это связано с приливным воздействием Луны и Солнца. — Прим. науч. ред.] Fred C. Adams and Gregory Laughlin, "A dying universe: The long-term fate and evolution of astrophysical objects", Reviews of Modern Physics 69 (1997): 337-72; Fred C. Adams and Greg Laughlin, The Five Ages of the Universe: Inside the Physics of Eternity (New York: Free Press, 1999), 5052.

288

Аналогичные соображения применимы к планетам и спутникам, которые всегда располагались слишком далеко от своей звезды, чтобы на их поверхности сложились условия, благоприятные для возникновения жизни. Внутренние процессы в таких телах, их астрогеология, способны вырабатывать энергию, достаточную для поддержания жизни глубоко под поверхностью. Первый кандидат в эту категорию — спутник Сатурна Энцелад. Он находится так далеко от Солнца, что его ледяная поверхность — неподходящий дом для жизни. Но разнонаправленные гравитационные силы, обусловленные притяжением Сатурна и других его спутников, слегка растягивают Энцелад в одном направлении и сжимают в другом, создают напряжения и деформации, которые разогревают его изнутри, плавят лед и, возможно, обеспечивают существование некоторого объема жидкой воды. Нельзя исключить, что когда-нибудь мы просверлим маленькое отверстие в ледяной корке Энцелада, спустим туда зонд — и окажемся лицом к лицу с аборигенным, хотя и водным, обитателем Энцелада.

289

Для демонстрации этого см. мою часть шоу The LateShow with Stephen Colbert, в котором роняют стопку мячиков; самый легкий из них при этом взлетает выше чем на десять метров вверх (наверняка это единственный рекорд из Книги рекордов Гиннесса, который когда-либо будет мне принадлежать). https://www.youtube.com/watch?v=75szwX09pg8

290

Дайсон дает простую, самую грубую оценку скорости, с которой планеты выбрасываются из планетных систем, и скорости, с которой звезды выбрасываются из галактик: Freeman Dyson, "Time without end: Physics and biology in an open universe", Reviews of Modern Physics 51 (1979): 450. Адамс и Лофлен приводят более полные объяснения и расчеты, а также оригинальные исследования некоторых из этих процессов (к примеру, какие последствия вызовет пролет небольших звезд через нашу Солнечную систему). F. C. Adams and G. Laughlin, "A dying universe: The long-term fate and evolution of astrophysical objects", Reviews of Modern Physics 69 (1997): 343-47; Fred C. Adams and Greg Laughlin, The Five Ages of the Universe: Inside the Physics of Eternity (New York: Free Press, 1999), 50–51.

291

Демонстрацию метафоры с резиновым листом, снятую с использованием эластичной ткани, и короткое обсуждение того, о чем пойдет речь в следующем абзаце в связи с гравитационными волнами и деградацией планетных орбит, см.: https://www.youtube.com/watch?v=uRijc-AN-F0

292

R. A. Hulse and J. H. Taylor, "Discovery of a pulsar in a binary system", Astrophysical Journal 195 (1975): L51.

293

Возможность того, что медленно деградирующая орбита, вероятно, указывает на потерю энергии через гравитационное излучение, первым рассмотрел Роберт Вагонер: R. V. Wagoner, "Test for the existence of gravitational radiation", Astrophysical Journal 196 (1975): L63.

294

J. H. Taylor, L. A. Fowler, and P. M. McCulloch, "Measurements of general relativistic effects in the binary pulsar PSR 1913+16", Nature 277 (1979): 437.

295

Freeman Dyson, "Time without end: Physics and biology in an open universe", Reviews of Modern Physics 51 (1979): 451; Fred C. Adams and Gregory Laughlin, "A dying universe: The long-term fate and evolution of astrophysical objects", Reviews of Modern Physics 69 (1997): 344-47.

296

Fred C. Adams and Gregory Laughlin, "A dying universe: The long-term fate and evolution of astrophysical objects", Reviews of Modern Physics 69 (1997): 347-49.

297

Изолированные нейтроны имеют короткое время жизни, равное примерно 15 минутам. Однако, поскольку нейтроны тяжелее протонов, в процессе их распада образуется протон (а также электрон и антинейтрино). Чтобы нейтрон в составе атома мог распасться, ядро атома должно иметь возможность вместить в себя получившийся протон, но это требование часто не может быть выполнено. Протоны, уже имеющиеся в ядре, заполняют собой все доступные квантовые ячейки, в каждой из которых, согласно Паули и его принципу запрета, не может находиться одновременно два одинаковых протона; в этом контексте стабильность нейтрона сильно повышается. Если протоны распадаются, они, будучи легче нейтронов, не образуют нейтронов, так что аналогичный стабилизирующий процесс не включается.

298

Howard Georgi and Sheldon Glashow, "Unity of All Elementary-Particle Forces", Physical Review Letters 32, no. 8 (1974): 438.

299

Период полураспада, равный 10^30 годам, подразумевает, что в образце из 10^30 протонов существует 50 %-ная вероятность того, что один из них распадется на протяжении первого же года.

300

1 галлон равен примерно 3,8 литра. — Прим. ред.

301

Говард Джорджи, в личном общении. Гарвардский университет, 28 декабря 1997 г.

302

Если протоны не распадаются так, как это предусматривают теории, такие как теория Великого объединения или теория струн, выходящие за рамки установленных законов физики элементарных частиц — Стандартной модели физики элементарных частиц, то ход будущих событий, который я описал, потребует некоторых модификаций. К примеру, мы обычно представляем себе твердые тела, такие как железо, как объекты, которые удерживают свою форму, в отличие от жидкостей, форма которых текуча. Но на достаточно больших интервалах времени даже железо может вести себя как жидкость; составляющие его атомы туннелируют через все барьеры, воздвигаемые в обычных условиях физическими и химическими процессами. Примерно за 1065 лет кусок железа, плавающий в космосе, переставит свои атомы, «сплавившись» в округлый ком — как сделает и любое другое из существующих веществ. Помимо изменения формы, на более длительных интервалах должна измениться и структура вещества: атомы легче железа постепенно сольются в более тяжелые, тогда как атомы тяжелее железа распадутся. Железо — самая стабильная из всех атомных конфигураций, поэтому именно железо будет конечным продуктом всех подобных ядерных процессов. Период времени, за который такие процессы должны завершиться, составляет примерно 101500 лет. На еще более длительных интервалах вся материя квантово туннелирует в черные дыры, которые в таком масштабе времени немедленно испарятся за счет хокинговского излучения. Обратите внимание, однако, что даже в Стандартной модели физики элементарных частиц — без всяких экзотических или гипотетических расширений — предполагается, что протоны будут распадаться, только гораздо медленнее, чем те 1038 лет, о которых мы говорили в этой главе. Существует, к примеру, экзотический квантовый процесс, полностью укладывающийся в рамки Стандартной модели (известный как инстантон, использующий так называемое сфалероновое решение уравнений электрослабого поля), который физики изучают теоретически и который должен привести в результате к распаду протона. Этот процесс связан с событием квантового туннелирования, так что на шкале времени он располагается очень далеко — оценки относят его примерно на 10150 лет в будущее, но куда ближе, чем 101500 лет, упоминавшиеся чуть раньше. Физики изучают и другие экзотические процессы, которые также должны вызывать распад протона в различные сроки, оцениваемые по большей части в пределах 10200 лет. Так что к той будущей эпохе, скорее всего, любое оставшееся сложное вещество уже распадется. См. в: Freeman Dyson, "Time without end: Physics and biology in an open universe", Reviews of Modem Physics 51 (1979): 451-52, оценки текучести твердого вещества и превращения вещества в железо. Ссылки на квантовое туннелирование, ведущее к распаду протона, см. в: G. 't Hooft, "Computation of the quantum effects due to a four-dimensional pseudoparticle", Physical Review D 14 (1976): 3432, и F. R. Klinkhamer and N. S. Manton, "A saddle-point solution in the Weinberg-Salam theory", Physical Review D 30 (1984): 2212.

303

Freeman Dyson, "Time without end: Physics and biology in an open universe", Reviews of Modern Physics 51 (1979): 447-60.

304

Дайсон вычисляет необходимую скорость рассеяния энергии D для Мыслителя со «сложностью» Q (это скорость генерации энтропии на единицу субъективного времени Мыслителя, или, приблизительно, производство энтропии в расчете на одну мысль), действующего при температуре T, и получает D a QT2.

305

Сформулирую более точно соображения Дайсона на том языке, которым я пользуюсь. Если у нас имеется ансамбль Мыслителей, настроенных на функционирование при различных температурах, то скорость метаболических процессов каждого Мыслителя, какими бы они ни были, линейно возрастает с ростом температуры. В математической форме Дайсон предлагает так называемую гипотезу биологического масштабирования, которая гласит: если у вас имеется копия некоей среды, квантово-механически идентичная оригиналу, за исключением того, что температура новой среды равна Тнов., а температура прежней среды равна Тст., и если вы изготовите копию живой системы, такой, что ее квантово-механический гамильтониан, с точностью до унитарного преобразования, задается формулой Ннов. = (Тнов. / Тст.) Нст., то копия на самом деле жива и испытывает субъективные переживания, идентичные переживаниям оригинала, за исключением того, что все ее внутренние функции снижены в Тнов. / Тст. раз

306

Для читателя, склонного к математике, отмечу, что если температура T есть функция времени t и изменяется по закону T(t) ~ t-p, то интеграл от выражения в примечании 33, QT2, сойдется для p > У, тогда как полное число мыслей (интеграл T(t)) разойдется для p < 1. Таким образом, при У < p < 1 Мыслитель сможет продумать бесконечное число мыслей, потратив на это конечное количество энергии.

307

Для читателя, склонного к математике, ключевой момент здесь в том, что максимальная скорость избавления от отходов (считая, что Мыслитель сбрасывает отходы посредством дипольного излучения, основанного на электронах) пропорциональна Т3, тогда как рассеиваемая энергия пропорциональна Т2. Из этого следует, что, если мы хотим избежать ситуации, при которой тепловые отходы накапливаются быстрее, чем их можно сбрасывать, T должна быть ограничена снизу.

308

Среди компьютерщиков, ответственных за эти важные результаты, можно назвать Чарльза Беннета, Эдварда Фредкина, Рольфа Ландауэра, Томмазо Тоффоли и многих других. Содержательный и доступный рассказ об этом см. в: Charles H. Bennett and Rolf Landauer, "The Fundamental Physical Limits of Computation", Scientific American 253, no. 1 (July 1985): 48–56.

309

Точнее говоря, отменить проведенный расчет практически невозможно. Поскольку акт стирания информации есть физический процесс, мы, в принципе, могли бы отменить его тем же способом, каким можно было бы вновь сделать разбитое стекло целым: обратить вспять движение каждой частицы. Но, опять же, в любом практическом смысле это нереально.

310

Влияние космологической постоянной на будущее жизни и сознания рассматривали многие авторы. Задолго до наблюдательного открытия темной энергии Джон Бэрроу и Фрэнк Типлер проанализировали физику вычислений во вселенной, где есть космологическая постоянная, и объявили, что обработка информации непременно завершается, что означает конец для жизни и сознания (John D. Barrow and Frank J. Tipler, The Anthropic Cosmological Principle [Oxford: Oxford University Press, 1988], 668-69). Лоуренс Краусс и Гленн Старкман заново рассмотрели анализ Дайсона во вселенной с космологической постоянной и пришли к аналогичному выводу (Lawrence M. Krauss and Glenn D. Starkman, "Life, the Universe, and Nothing: Life and Death in an Ever-Expanding Universe", Astrophysical Journal 531 [2000]: 22–30).

Краусс и Старкман обосновали также, из общих соображений, что дискретная природа состояний в квантовой системе конечного размера аналогичным образом поставит под угрозу бесконечную мысль в любом расширяющемся пространстве-времени, даже при отсутствии в нем космологической постоянной. Однако Бэрроу и Хервик объявили, что при использовании температурных градиентов, порожденных гравитационными волнами, обработка информации может продолжаться бесконечно во вселенной, где нет космологической постоянной (John D. Barrow and Sigbj0rn Hervik, "Indefinite information processing in ever-expanding universes", Physics Letters B 566, nos. 1–2 [24 July 2003]: 1–7).

311

Фриз и Кинни пришли к аналогичному выводу; они утверждали, что в пространстве-времени, горизонт которого расширяется со временем (в отличие от горизонта вселенной с космологической постоянной, где размер горизонта постоянен), фазовое пространство непрерывно обретает новые моды (те, длины волн которых становятся меньше увеличивающегося размера горизонта), что обеспечивает системе постоянный приток новых степеней свободы, способных передавать тепловые отходы в окружающую среду, таким образом разрешая вычислениям продолжаться в будущем бесконечно долго (K. Freese and W. Kinney, "The ultimate fate of life in an accelerating universe", PhysicsLetters B 558, nos. 1–2 [10 April 2003]: 1–8). K. Freese and W. Kinney, "The ultimate fate of life in an accelerating universe", Physics Letters B 558, nos. 1–2 [10 April 2003]: 1–8.

312

Беккет С. В ожидании Годо. Пер. А. Михаиляна.

313

С тем фактом, что процессам с крохотными вероятностями могут потребоваться огромные интервалы времени, чтобы проложить путь в реальность, мы уже сталкивались в предыдущих главах. В одном из объяснений причины, запустившей, возможно, Большой взрыв, я отмечал, что космическим процессам, может быть, пришлось долгое время ждать, пока сложится в высшей степени маловероятная конфигурация и однородное инфляционное поле заполнит небольшую область пространства, где оно станет источником отталкивающей гравитации и запустит расширение пространства. В другом важном и общем примере я подчеркивал также, что второе начало термодинамики — это не закон в традиционном смысле, но, скорее, статистическая тенденция. Случаи снижения энтропии чрезвычайно редки, но если ждать достаточно долго, то даже самые маловероятные вещи все же происходят.

314

Freeman Dyson in Jon Else, dir., The Day After Trinity (Houston: KETH, 1981).

315

Из личного общения с Джоном Уилером в Принстонском университете 27 января 1998 г.

316

W. Israel, "Event Horizons in Static Vacuum Space-Times," Physical Review 164 (1967): 1776; W. Israel, "Event Horizons in Static Electrovac Space-Times", Communications in Mathematical Physics 8 (1968): 245; B. Carter, "Axisymmetric Black Hole Has Only Two Degrees of Freedom", Physical Review Letters 26 (1971): 331.

317

Jacob D. Bekenstein, "Black Holes and Entropy", Physical Review D 7 (15 April 1973): 2333. Красивый и доступный обзор расчета Бекенштейна можно найти в книге: Сасскинд Леонард. Битва при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики. — СПб.: Питер, 2013. С. 154–157.

318

Точнее говоря, площадь увеличивается на одну квадратную единицу, если в качестве такой единицы выбирается одна четверть квадрата планковской длины.

319

Самое впечатляющее совпадение между наблюдениями и математическими предсказаниями можно увидеть на примере магнитных свойств электрона, весьма чувствительных к квантовым флуктуациям в пустом пространстве. Математические расчеты здесь иначе чем героическими не назовешь. В конце 1940-х гг. Ричард Фейнман предложил графическую схему для организации таких квантовых вычислений с использованием того, что сегодня мы знаем как фейнмановские диаграммы. Каждая диаграмма отражает один математический вклад, требующий тщательной оценки, а в конце расчета все вклады следует просуммировать. Для определения квантовых вкладов в магнитные свойства электрона (в дипольный момент электрона) исследователям потребовалось оценить более 12 000 фейнмановских диаграмм. Впечатляющее согласие между этими расчетами и экспериментальными наблюдениями относится к ряду величайших триумфов, достигнутых за счет понимания квантовой физики (см.: Tatsumi Aoyama, Masashi Hayakawa, Toichiro Kinoshita, and Makiko Nio, "Tenth-order electron anomalous magnetic moment: Contribution of diagrams without closed lepton loops", Physical Review D 91 [2015]: 033006).

320

Хотя я использую уголек в качестве аналогии, стоит отметить одно существенное различие между излучением, источником которого является привычное нам горение, и излучением черной дыры. Когда светится уголек, излучение возникает непосредственно от горения вещества, из которого он состоит; поэтому излучение несет на себе отпечаток конкретного вещества. Напротив, вся материя черной дыры сжата в ее центральную сингулярность — и чем массивнее черная дыра, тем большее пространство разделяет эту сингулярность и горизонт событий черной дыры, — так что излучение, исходящее от горизонта событий, не будет, судя по всему, нести на себе отпечатка материального состава черной дыры. Эта разница — один из способов понять происхождение того, что мы знаем как информационный парадокс черной дыры. Если излучение, исходящее от черной дыры, нечувствительно к конкретным ингредиентам, из которых эта дыра сформирована, то к моменту, когда черная дыра полностью превратится в излучение, эта информация будет потеряна. Такая потеря информации нарушила бы квантово-механическое развитие Вселенной, поэтому физики не один десяток лет пытались установить, что эта информация не пропадает. Сегодня большинство физиков согласны в том, что у нас имеются сильные аргументы в пользу сохранения этой информации, но множество важных деталей по-прежнему остается на переднем плане исследований.

321

Формула Хокинга показывает, что излучение абсолютно черного тела, испускаемое шварцшильдовской черной дырой (незаряженной и невращающейся черной дырой) массой M, задается формулой TХок. = hc3/16n2GMkb (h — постоянная Планка, c — скорость света, G — гравитационная постоянная, kb — постоянная Больцмана). S. W. Hawking, "Particle Creation by Black Holes," Communications in Mathematical Physics 43 (1975): 199–220.

322

Don N. Page, "Particle emission rates from a black hole: Massless particles from an uncharged, nonrotating hole", Physical Review D 13 no. 2 (1976), 198–206. Приведенные числа уточняют расчет Пейджа с учетом более свежих оценок свойств частиц, особенно ненулевых масс нейтрино.

323

Точнее, шар, радиус которого не превосходит так называемого радиуса Шварцшильда, зависимость которого от массы M выражается формулой КШв. = 2GM/c2.

324

Обратите внимание: я говорю о том, что можно было бы назвать эффективной средней плотностью черной дыры: это ее полная масса, деленная на полный объем, содержащийся внутри сферы, равной по радиусу ее горизонту событий. Такое представление интуитивно полезно, но является, как заметит знающий читатель, в лучшем случае эвристическим. Когда формируется черная дыра, радиальное направление в пределах ее горизонта событий становится времениподобным, так что понятие внутреннего пространственного объема черной дыры становится более тонким делом (к тому же оно становится расходящимся). Более того, масса черной дыры не заполняет равномерно этот объем, так что вычисленную нами среднюю плотность сама черная дыра не реализует. Тем не менее средняя плотность черной дыры, как мы ее определили, позволяет интуитивно представить, почему более крупные черные дыры создают вокруг себя менее экстремальную внешнюю среду и испускают хокинговское излучение с более низкой температурой.

325

В предыдущей главе мы заметили, что ускоренное расширение пространства порождает крохотную постоянную температуру примерно в 10–30 K. Температура черной дыры с массой больше чем примерно в 1023 масс Солнца была бы меньше нормальной температуры пространства в далеком будущем. Однако по размеру такая черная дыра превосходила бы сам космологический горизонт.

326

Математика подсказывает, что фотоны, проходя через поле Хиггса, не испытывают никакого лобового сопротивления, что делает их безмассовыми, а хиггсовское поле невидимым.

327

Питер Хиггс в «Что такое космос?» — первом из четырех эпизодов документального фильма студии NOVA The Fabric of the Cosmos, основанного на одноименной книге. Среди других физиков, которые примерно в это же время разрабатывали похожие идеи, можно назвать Роберта Браута и Франсуа Энглера, а также Джеральда Гуральника, Ричарда Хагена и Тома Киббла. Хиггс и Энглер разделили Нобелевскую премию за свою работу.

328

В этом конкретном числе меньше смысла, чем могло бы показаться. Величина 246 (или, точнее, 246,22 ГэВ, где ГэВ — традиционная единица под названием гигаэлектронвольт) зависит от математических соглашений, которые обычно принимают физики. Менее стандартные соглашения выдали бы эквивалентную физику с другими численными значениями.

329

Sidney Coleman, "Fate of the False Vacuum", Physical Review D 15 (1977): 2929; Erratum, Physical Review D 16 (1977): 1248.

330

Точнее говоря, эта сфера будет расширяться сначала медленно, а затем скорость ее расширения стремительно вырастет почти до скорости света.

331

A. Andreassen, W. Frost, and M. D. Schwartz, "Scale Invariant Instantons and the Complete Lifetime of the Standard Model", Physical Review D 97 (2018): 056006.

332

Идея о том, что наша Вселенная могла бы появиться из высокоэнтропийной однородной ванны частиц, летающих и сталкивающихся в пустоте, в которой редкие спонтанные провалы к более низкой энтропии приводили в результате к возникновению упорядоченных структур, которые мы видим вокруг, была предложена Людвигом Больцманом в двух статьях (Ludwig Boltzmann, "On Certain Questions of the Theory of Gases", Nature 51 [1895]: 1322, 413-15; Ludwig Boltzmann, "Entgegnung aufdie warmetheoretischen Betrachtungen des Hrn. E. Zermelo", Annalen der Physik 57 [1896]: 773-84). Позже Артур Эддингтон указал, что, поскольку менее существенные провалы в энтропии имеют больше шансов на реализацию, намного более вероятно, что такие флуктуации не привели бы к возникновению целой вселенной, полной звезд, планет и людей — очень впечатляющее падение энтропии, — но породили бы только «математических физиков» (наблюдателей, занятых теми самыми мысленными экспериментами, которые он исследовал) в неорганизованной в остальном среде (A. Eddington, "The End of the World: From the Standpoint of Mathematical Physics", Nature 127, no. 1931 [3203]: 447-53). Много позже представление о «математических физиках» было редуцировано до более скромного снижения энтропии — порождающего лишь воспринимающие компоненты наблюдателей, получившие название «больцмановских мозгов» (насколько мне известно, впервые этот термин был использован в: A. Albrecht and L. Sorbo, "Can the Universe Afford Inflation?" Physical Review D 70 [2004]: 063528).

333

По причинам, названным в этой главе, я сосредоточусь на спонтанном возникновении структур, способных мыслить — больцмановских мозгов, но спонтанное возникновение целых новых вселенных или спонтанное воспроизведение условий, которые запустили инфляционное космологическое расширение, также заслуживают внимания. Чтобы не перегружать эту главу, я рассмотрю такие возможности в примечаниях 22 и 34.

334

Опытный читатель признает, что я очень поверхностно рассматриваю и тонкости, и противоречия. Общего мнения о том, как вычислять вероятности различных спонтанных космологических флуктуаций, о которых я говорю, не существует. Леонард Сасскинд с коллегами в статье L. Dyson, M. Kleban, and L. Susskind, "Disturbing Implications of a Cosmological Constant", Journal of High Energy Physics 0210 (2002): 011 предложил подход, основанный на более ранней идее Сасскинда, известной как «комплементарность горизонта». Напомню, что, поскольку расширение пространства ускоряется, мы окружены далеким космологическим горизонтом. Локации, лежащие дальше космологического горизонта, удаляются от нас быстрее скорости света, так что у нас нет никаких шансов как-то соприкоснуться с чем-то, расположенным на этой дистанции или дальше. Сасскинд, вдохновленный такой изоляцией (и своей более ранней работой по черным дырам, у которых имеется собственная разновидность горизонта), призывает рассматривать только физические процессы, которые происходят в пределах нашей «каузальной области» — это можно представить себе как область пространства, лежащую в пределах нашего космологического горизонта, — отбрасывая, по существу, всю физику в потенциально бесконечной шири пространства, которая лежит за его пределами. Точнее говоря, Сасскинд утверждает, что физика вне нашей каузальной области дублирует физику внутри нее (примерно как волновое и корпускулярное описания частицы в квантовой механике представляют собой взаимно дополнительные способы описания одной и той же физики, физика внутренней и внешней областей тоже должна быть двумя взаимно дополнительными способами обсуждения одной и той же физики). При этом допущении реальность рассматривается как конечная область пространства с фиксированной космологической постоянной Л, порождающей температуру T ^Л — нечто вроде канонического случая с горячим газом в ящике с точки зрения элементарной статистической механики. Тогда вычисление относительных вероятностей двух различных макросостояний сводится к поиску отношения числа микросостояний, связанных с каждым из них. То есть вероятность заданной конфигурации пропорциональна ее энтропии. При таком подходе Сасскинд с коллегами отмечают, что собирание частиц в пределах нашей области и создание условий, необходимых для инфляционного Большого взрыва, намного менее вероятно (поскольку обладает низкой энтропией), чем прямое собирание частиц и порождение мира таким, каким мы его знаем, от звезд до людей (поскольку такая конфигурация обладает более высокой энтропией). Альтернативный подход к подсчету вероятностей предлагается в: A. Albrecht and L. Sorbo, "Can the Universe Afford Inflation?" Physical Review D 70 (2004): 063528; этот подход основан на инфляции, возникающей из локального квантового туннельного перехода. Этот подход дает принципиально иные вероятности. Альбрехт и Сорбо рассматривают флуктуации к более низкой энтропии — области, которая затем начнет инфляционно расширяться, — в пределах фоновой среды, которая сама по себе обладает высокой энтропией; это гарантирует, что полная конфигурация по-прежнему обладает высокой энтропией, повышая таким образом вероятности. Сасскинд с коллегами рассматривают энтропию только внутри самой флуктуации, рассуждая, что, поскольку эта область впоследствии будет инфляционно расширяться, все вне этой области лежит за пределами ее космологического горизонта и потому может быть оставлено за скобками. Более низкая полная энтропия, которую Сасскинд с коллегами присваивает этой флуктуации, резко понижает вероятность ее возникновения.

335

В примечании 9 к главе 2 я объяснил, что энтропию системы правильнее определить как натуральный логарифм числа доступных квантовых состояний. Так что, если некая система обладает энтропией S, число таких состояний равно eS. Если предположить, что система проводит почти равное время в любом из микросостояний, совместимых с ее макросостоянием, то вероятность P флуктуации от начального состояния энтропии S1 к состоянию конечной энтропии S2 задается отношением числа микросостояний, связанных с S S ^ | каждым из них, то есть*3 = е 2 / е 1 = е 2! *для ясности, запишем S2 = SI — D, где D — «падение» энтропии от начальной величины S1. Тогда Р = е s ” 4,1 =е Л где мы видим экспоненциальное снижение вероятности как функцию от падения энтропии. Какова же в таком случае вероятность формирования больцмановского мозга? Ну, при температуре T частицы в нашей термальной ванне обладают энергиями, очень близкими к T (в единицах, для которых kB = 1), поэтому чтобы построить мозг массой M, нам потребуется прибрать к рукам около M/T таких частиц (в единицах, для которых c = 1).

Поскольку энтропия ванны меняется вслед за числом частиц, падение D, по существу, равно M/T и, соответственно, вероятность равна примерно e — M/T. За особенно наглядным примером мы можем обратиться к очень отдаленному будущему и взять T равным температуре термальной ванны, возникающей вокруг космологического горизонта, около 10–30 K, что составляет примерно 10–41 ГэВ (где ГэВ, гигаэлектронвольт, примерно равен энергии, эквивалентной массе протона). Поскольку мозг содержит около 1027 протонов, M/T равно примерно 1027/10-41 = 1068. Таким образом, вероятность спонтанного возникновения мозга примерно равна e-1068. Время, необходимое для получения разумного шанса на реализацию такого редкого события, пропорционально 1/(e—1068), а именно e1068, что в данной главе для простоты мы аппроксимируем как 101068.

336

Хотя время вполне может быть неограниченно, существует естественный и при этом конечный релевантный масштаб, известный как «время возвращения». Речь о нем пойдет в примечании 34, так что здесь достаточно сказать, что время возвращения настолько велико, что число случаев возникновения больцмановских мозгов, прежде чем мы достигнем этого предела, будет — несмотря на крохотную частоту их образования — огромным.

337

Особенно усердный читатель заметит, что мы неявно привлекаем принцип безразличия, описанный в примечании 8 к главе 3. То есть, когда я рассматриваю происхождение своего мозга, я считаю равновероятными все воплощения, обладающие одинаковой физической конфигурацией. Поскольку почти все они должны быть образованы в больцмановской манере, очень маловероятно, что обычная история, которую я рассказываю о том, как возник мой мозг, верна. Однако, как в примечании 8 к главе 3, можно возразить против применения принципа безразличия в ситуациях, нисколько не похожих на те, в которых этот принцип эмпирически проверен (бросание монет и костей, а также огромное число случайных ситуаций, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни). Тем не менее многих ведущих космологов такой подход не устраивает, так что они рассматривают описанную мной в этой главе загадку больцмановского мозга вполне серьезно.

338

См.: David Albert, Time and Chance (Cambridge, MA: Harvard University Press, 2000), 116; Brian Greene, The Fabric of the Cosmos (New York: Vintage, 2005), 168.

339

Позвольте мне упомянуть еще два родственных подхода к разрешению этой проблемы. Один из них — представить, что со временем природные «постоянные» дрейфуют таким образом, что физические процессы, необходимые для формирования больцмановских мозгов, подавляются. См., к примеру: Steven Carlip, "Transient Observers and Variable Constants, or Repelling the Invasion of the Boltzmann's Brains", Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 06 (2007): 001. Другой, который продвигает Шон Кэрролл с коллегами, состоит в том, что флуктуации, необходимые для формирования больцмановского мозга, при тщательном квантово-механическом анализе не возникают (K. K. Boddy, S. M. Carroll, and J. Pollack, "De Sitter Space Without Dynamical Quantum Fluctuations", Foundations of Physics 46, no. 6 [2016]: 702).

340

См., к примеру: A. Ceresole, G. Dall'Agata, A. Giryavets, et al., "Domain walls, near-BPS bubbles, and probabilities in the landscape", Physical Review D 74 (2006): 086010. Физик Дон Пейдж выбрал иной подход к проблеме больцмановского мозга, отметив, что в любом конечном объеме пространства, претерпевающего ускоренное расширение (таком, как наше), будет наблюдаться — за неограниченное время — неограниченное число спонтанно возникших мозгов. Чтобы избежать ситуации, когда наш мозг оказывается атипичным членом этого множества, Пейдж предположил, что наша область пространства не имеет впереди неограниченного времени, но, напротив, движется к какому-то концу. Его расчеты (Don N. Page, "Is our universe decaying at an astronomical rate?" Physics Letters B 669 [2008]: 197–200) указывают, что максимальный срок жизни нашей Вселенной составляет, возможно, всего лишь 20 млрд лет. Многие другие физики (см., к примеру: R. Bousso and B. Freivogel, "A Paradox in the Global Description of the Multiverse", Journal of High Energy Physics 6 [2007]: 018; A. Linde, "Sinks in the Landscape, Boltzmann Brains, and the Cosmological Constant Problem", Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 0701 [2007]: 022; A. Vilenkin, "Predictions from Quantum Cosmology", Physical Review Letters 74 [1995]: 846) предлагают другие способы обойти проблему больцмановского мозга, используя иные математические формулы для расчета вероятности их формирования. Короче говоря, пока нет консенсуса в том, как следует считать вероятность подобных процессов; несомненно, это одно из тех плодотворных противоречий, что дают толчок дальнейшим исследованиям.

341

Kimberly K. Boddy and Sean M. Carroll, "Can the Higgs Boson Save Us from the Menace of the Boltzmann Brains?" 2013, arXiv: 1308.468.

342

По крайней мере, так выглядит история, основанная на уравнениях Эйнштейна. Определить, на самом ли деле это мощное сжатие станет концом, или какой-нибудь экзотический процесс воспротивится этому в последний момент, можно будет только с построением полной квантовой теории гравитации. В настоящее время научный консенсус склоняется к варианту, что туннелирование к отрицательному значению порождает терминальное состояние — в данном случае, подлинный конец времени.

343

Paul J. Steinhardt and Neil Turok, "The cyclic model simplified", New Astronomy Reviews 49 (2005): 43–57; Anna Ijjas and Paul Steinhardt, "A New Kind of Cyclic Universe" (2019): arXiv:1904.0822 [gr-qc].

344

Alexander Friedmann, trans. Brian Doyle, "On the Curvature of Space", Zeitschrift für Physik 10 (1922): 377–386; Richard C. Tolman, "On the problem of the entropy of the universe as a whole", Physical Review 37 (1931): 1639-60; Richard C. Tolman, "On the theoretical requirements for a periodic behavior of the universe", Physical Review 38 (1931): 1758-71.

345

Более вероятно, однако, что этот спор не найдет точного решения. Причина в том, что инфляционная парадигма может предусматривать также и отсутствие первичных гравитационных волн: модели, в которых масштаб энергий инфляции снижен, должны порождать слишком слабые волны, недоступные для наблюдений. Некоторые исследователи громогласно заявляют, что такие модели неестественны и потому менее убедительны, чем циклическая модель. Но это качественное суждение, по которому мнения исследователей разойдутся. Потенциальные данные, о которых я говорю (или, скорее, отсутствие таковых), наверняка станут поводом для горячих дискуссий в физическом сообществе между сторонниками этих двух космологических теорий, но маловероятно, что инфляционный сценарий будет отброшен.

346

Хотя в тексте главы это завело бы нас слишком далеко в сторону, здесь я отмечу, что существует вариант циклической космологии, который может вырастать также из более стандартных космологических сценариев. Эта космология, хотя и отличается существенно от описанного только что циклического подхода, тоже предусматривает последовательные эпизоды, но с многократно большими масштабами времени, да и возникает через совершенно иной механизм.

Необходимая теоретическая база в физике была разработана к концу XIX в. математиком Анри Пуанкаре и сегодня носит название теоремы Пуанкаре о возвращении. Чтобы получить представление о ее сути, подумайте о тасовании колоды карт. Поскольку вариантов расстановки карт конечное число (громадное, да, но определенно конечное), то, если продолжать их тасовать, рано или поздно порядок карт должен повториться. Пуанкаре понял, что если рассматривать, скажем, молекулы пара, беспорядочно летающие по контейнеру, то аналогичные повторения тоже с гарантией будут происходить. Представьте, к примеру, что я помещаю плотный комок молекул пара в один из углов контейнера, а затем позволяю им разлететься. Молекулы быстро заполнят контейнер и очень долго будут поддерживать однородное распределение, беспорядочно двигаясь по доступному пространству.

Но, если подождать достаточно долго, эти молекулы иногда будут случайно вставать в более упорядоченные низкоэнтропийные конфигурации. Пуанкаре пошел дальше. Он объявил, что молекулы, благодаря своему случайному движению, могут подойти сколь угодно близко к той самой конфигурации, с которой все началось: к плотному облачку в углу контейнера. Его рассуждения, хотя и сильно математизированные, аналогичны способу, при помощи которого мы заключили, что порядок карт в бесконечно тасуемой колоде должен повторяться. Бесконечный список случайных положений и скоростей частиц тоже необходимым образом повторяется. Вы можете усомниться в этом заявлении — в конце концов, в отличие от ситуации с колодой карт, существует бесконечно много различных конфигураций молекул пара в контейнере. Но Пуанкаре позаботился об этой сложности и не стал объявлять о точном повторении более ранней конфигурации; он говорил, скорее, о сколь угодно близком приближенном ее воспроизведении. Чем точнее желаемое воспроизведение, тем дольше придется ждать его реализации, но выберите любую желательную для вас точность, и частицы воспроизведут исходную конфигурацию с заданной точностью.

Хотя рассуждения Пуанкаре носят классический характер, в 1950-е гг. его теорема была перенесена на квантовую механику. Если запустить замкнутую систему с конкретными вероятностями нахождения ее частиц в конкретных локациях и позволить этой системе развиваться достаточно долгое время, то вероятности вновь примут значения, сколь угодно близкие к начальным, и этот цикл тоже будет повторяться без конца. Для рассуждений Пуанкаре, как классических, так и квантовых, принципиально важно, что пар заключен в контейнер. В ином случае молекулы постоянно улетали бы наружу, чтобы никогда уже не вернуться. Поскольку Вселенная — не замкнутый контейнер, вы можете подумать, что теорема Пуанкаре не имеет космологического смысла. Однако, как уже говорилось в примечании 22 к этой главе, Леонард Сасскинд утверждает, что космологический горизонт на самом деле действует как стенки контейнера: он ограничивает часть Вселенной, с которой мы можем взаимодействовать, конечными размерами и тем самым делает теорему Пуанкаре применимой. Таким образом, как пар в контейнере на чрезвычайно больших промежутках времени возвращается сколь угодно близко к любой заданной конфигурации, так же ведут себя и условия в пределах космологического горизонта: любая заданная конфигурация частиц и полей будет с любой заданной точностью повторяться снова и снова. Это буквальный вариант вечного возвращения. Основываясь на размерах нашего космологического горизонта, мы можем вычислить масштаб времени, необходимый для повторений; в результате получается самый длинный промежуток времени, который мы встречали до сих пор, — примерно 10^10120 лет.

Невозможно не задуматься о таких повторениях и не подойти к ним с земными мерками. Каждый из ста миллиардов человек, живших и умерших на Земле, представлял собой некую конфигурацию частиц. Если эти конфигурации будут реализованы вновь, ну. вы сами видите, что подобные мысли ведут нас к тем местам, которых наука обычно избегает изо всех сил. Но, прежде чем уноситься воображением в неведомые дали, обратите внимание, что, как мы уже видели, спонтанные падения энтропии могут поставить под угрозу самую основу рациональных представлений. Если случайная конфигурация частиц и полей запускает новое космологическое развертывание — новый Большой взрыв — с возникновением в конечном итоге звезд, планет и людей, это одно. Однако если оказывается, что существует более высокая вероятность спонтанного воспроизведения таких условий, какие наблюдаются в сегодняшней Вселенной, — без Большого взрыва и без космологического развертывания, — то мы окажемся в такой же трясине, какую встречали в вопросе с больцмановскими мозгами. Даже если наша Вселенная действительно родилась космологическим способом, описанным нами в предыдущих главах, вглядываясь в далекое будущее, мы вынуждены будем заключить, что в подавляющем большинстве наблюдатели, подобные нам (среди которых будут и обладающие теми же воспоминаниями, что и мы, и потому объявляющие себя нами), возникли бы не путем описанной космологической последовательности. При этом каждый из них будет думать, что на самом деле его реальность возникла именно так. Как и в случае с больцмановскими мозгами, мы угодим в эпистемологическую трясину. Вы могли бы сказать, что это не подорвало бы наших представлений о реальности — вы, я и все, что мы знаем, вполне могло появиться в результате настоящего космологического развертывания. Тревожит, однако, мысль о том, что каждый в будущем тоже сможет цепляться за эту же самую утешительную историю, и все же большинство из них будут неправдой. Имея в виду, что огромное большинство наблюдателей на всех участках шкалы времени должны будут появиться не в результате стандартной космологической эволюции, нам потребуется убедительный аргумент в пользу того, что сами мы не принадлежим к заблуждающимся. Этот аргумент физики уже пытаются сформулировать, но пока ни один из предложенных вариантов не получил широкого признания. Отчасти вопрос заключается в том, что мы еще не до конца понимаем сплав квантовой механики и гравитации, так что все наши вычислительные схемы приблизительны. Перед лицом этой ситуации некоторые физики, в первую очередь Сасскинд, предположили, что космологическая постоянная, возможно, не постоянна на самом деле. В конце концов, если в далеком будущем космологическая постоянная обнулится, то эпоха ускоренного расширения завершится и космологический горизонт исчезнет. Этим Пуанкаре с его повторениями будет нейтрализован. Присяжные ожидают наблюдений, которые, в оптимистичном варианте, помогут нам заглянуть в это потенциальное возможное будущее.

347

Поскольку инфляционное расширение начинается в пределах крохотной области пространства, которая стремительно разбухает под действием силы отталкивающей гравитации, можно подумать, что получившееся в результате царство обязательно будет иметь конечные размеры. В конце концов конечный объект, как его ни растягивай, все равно останется конечным. Но реальность более хитроумна. В стандартной формулировке инфляции смешение пространства и времени приводит к тому, что наблюдатели внутри инфляционно расширяющейся области пространства оказываются в бесконечном просторе. Я объясняю это довольно подробно в главе 2 книги «Скрытая реальность», к которой и отсылаю заинтересованного читателя. Обратите также внимание, что инфляционная космология может выдать отдельную, но родственную мультивселенную: общей чертой многих инфляционных сценариев является то, что инфляционное расширение может выдать много — в общем случае бесконечно много — расширяющихся вселенных, и наша Вселенная оказывается всего лишь одной из многих. Набор таких вселенных известен как инфляционная мультивселенная и возникает из так называемой вечной инфляции. Аспекты описания мультивселенной, которые я привожу в этой главе, применимы также и к инфляционной мультивселенной. Подробности см. в главе 3 «Скрытой реальности».

348

Чтобы избежать взаимодействия по границам, можно окружить каждую такую область достаточно большим буфером, гарантирующим, что ни одна из областей не имеет контактов с остальными.

349

Jaume Garriga and Alexander Vilenkin, "Many Worlds in One", Physical Review D 64, no. 4 (2001): 043511. См. также: J. Garriga, V. F. Mukhanov, K. D. Olum, and A. Vilenkin, "Eternal Inflation, Black Holes, and the Future of Civilizations", International Journal of Theoretical Physics 39, no. 7 (2000): 1887–1900, а также книгу научно-популярного характера: Виленкин А. Мир многих миров. — М.: CORPUS, Астрель, 2010.

350

О роли эволюции в формировании этики рассказывается в: E. O. Wilson, Sociobiology: The New Synthesis (Cambridge, MA: Harvard University Press, 1975), откуда пошла новая парадигма для анализа человеческого поведения в целом и человеческой морали в частности. Подробный рассказ об одной из гипотез, в которой изложены возможные этапы эволюции человеческой морали, см. в: P. Kitcher, "Biology and Ethics", in The Oxford Handbook of Ethical Theory (Oxford: Oxford University Press, 2006), 163-85, и P. Kitcher, "Between Fragile Altruism and Morality: Evolution and the Emergence of Normative Guidance", Evolutionary Ethics and Contemporary Biology (2006): 159-77.

351

T. Nagel, Mortal Questions (Cambridge: Cambridge University Press, 1979), 142-46.

352

См., к примеру: J. Haidt, "The Emotional Dog and Its Rational Tail: A Social Intuitionist Approach to Moral Judgment", Psychological Review 108, no. 4 (2001): 814-34, и Jonathan Haidt, The Righteous Mind: Why Good People Are Divided by Politics and Religion (New York: Pantheon Books, 2012).

353

Борхес Х. Л. Письмена бога. — М.: Республика, 1994. Еще в этом абзаце упомянуты книги: Свифт Д. Путешествия Гулливера. — М.: Махаон, 2020.; пьеса Карела Чапека «Средство Макропулоса» в сборнике Чапек К. Пьесы. — М.: Искусство, 1959.

354

Bernard Williams, Problems of the Self (Cambridge: Cambridge University Press, 1973).

355

Aaron Smuts, "Immortality and Significance," Philosophy and Literature 35, no. 1 (2011): 134-49.

356

Samuel Scheffler, Death and the Afterlife (New York: Oxford University Press, 2016), 59–60.

357

Вольф пишет: «Наша уверенность в продолжении человеческого рода играет громадную, хотя по большей части молчаливую, роль в том, как мы задумываем свои действия и как понимаем их ценность». Samuel Scheffler, "The Significance of Doomsday", Death and the Afterlife (New York: Oxford University Press, 2016), 113.

358

Harry Frankfurt, "How the Afterlife Matters", в Samuel Scheffler, Death and the Afterlife (New York: Oxford University Press, 2016), 136.

359

Приверженцы многомировой точки зрения на квантовую механику могут рассматривать это описание в ином свете. Если все возможные исходы происходят в том или ином мире, то существование этого мира предопределено. Но тот факт, что среди возможных исходов имеются обладающие самосознанием конфигурации, не становится от этого менее необычайным.

Content

Брайан Грин
До конца времен.
Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной

Предисловие

1 Притяжение вечности

2 Язык времени

3 Энтропия и начало мира

4 Информация и жизнеспособность

5 Частицы и сознание

6 Язык и истории

7 Мозг и вера

8 Инстинкт и творческое начало

9 Длительность и недолговечность

10 Сумерки времени

11 Благородство бытия

Благодарности

Об авторе

Примечания