E = mc2 — и использовать ее?[105] Сможем ли мы искусственно воспроизвести Большой взрыв и создать сами новую Вселенную? А использовать в качестве источника энергии темную материю?[106] Мы не знаем ответов, и, конечно же, на этом длинном пути могут возникнуть другие приятные сюрпризы. Несколько миллиардов лет по меркам истории науки и техники — большой срок.
Сложность в простоте
Вселенная — некоторые называют ее Библиотекой — состоит из огромного, возможно бесконечного, числа шестигранных галерей с широкими вентиляционными колодцами, огражденными невысокими перилами.
Здесь, в пятнадцати словах, я представлю простой алгоритм, пригодный для написания и Полного собрания сочинений Шекспира, и статьи, которая получит Нобелевскую премию по физике в 2025 году, и по крайней мере одного доказательства великой теоремы Ферма.
1. Случайным образом выбрать символ — букву, цифру, пробел или знак препинания.
2. Записать его.
3. Повторить первый пункт.
Результат будет содержать все обещанное и многое другое.
У Борхеса похожие мысли выражены более поэтично. Кстати, наш алгоритм годится и для написания «Вавилонской библиотеки»[107]. Этот парадоксальный мысленный эксперимент показывает, как очень простая — то есть легко описываемая — структура может содержать огромные сложности. И он отлично отражает реальность.
Квантово-механические волновые функции содержат огромное количество информации; функция чего-то такого большого, как наша Вселенная, могла бы легко вместить и Вавилонскую библиотеку. Простые правила генерируют «информационно емкие» волновые функции, так же как наш простой алгоритм позволяет получить сложнейшие результаты.
Если собрать эти мысли вместе, возникнет соблазн думать, что волновая функция Вселенной порождается простым правилом, которое еще предстоит открыть. Если это так, то Вселенная, которую мы воспринимаем и частью которой являемся, лучше всего иллюстрирует «возникновение сложности».
Глава 8. Мы еще многого не увидели
Когда я был ребенком, я и говорил как ребенок, я и мыслил по-детски, и рассуждал по-детски. Но когда я стал взрослым, то оставил все детское позади. Мы сейчас видим неясно, как отражение в тусклом зеркале, тогда же увидим лицом к лицу. Сейчас я знаю лишь отчасти, тогда же буду знать так же совершенно, как меня знает Бог.
Пророки разных вер давно подозревали, что далеко не все в мире доступно нашим ничем не вооруженным органам чувств.
Святой Павел в приведенном отрывке противопоставляет непосредственное, бесхитростное детское видение мира смутным подозрениям взрослых о том, что есть еще что-то доступное нашему восприятию, и о том, что мы движемся к страстно ожидаемой и ослепительной истине.
В платоновской аллегории[108] Сократ описывает своему другу Главкону странную тюрьму. Узники обитают в темной пещере, и единственное, что им разрешено видеть, — представления кукол, чьи тени проецируются на стену. Узники ошибочно полагают, что это и есть полная реальность. Главкон замечает: «Вы представляете здесь необычную картину, и это необычные узники», на что Сократ отвечает: «Они очень похожи на нас, людей».
А Уильям Блейк в отрывке из «Бракосочетания неба и ада» поделился верой в то, что «если бы двери восприятия были чисты, все предстало бы человеку таким, как оно есть, — бесконечным»[109].
Наука составила список вещей, которые, возможно, люди смогут когда-нибудь наблюдать. Этот список помогает визионерам в их предвидениях, и он же показывает, сколь бедно наше естественное восприятие по сравнению с полной физической реальностью. Наука ищет способы преодолеть все эти ограничения. Достигнуто многое, но можно сделать гораздо больше.
Сенсорные системы многих животных значительно отличаются от человеческой. Мы с ними ощущаем мир совершенно по-разному не только на уровне интеллекта, но даже на уровне грубого восприятия.
Например, собаки и многие другие млекопитающие живут в параллельной вселенной, где главенствуют запахи. Собачьи носы, словно химические лаборатории, обрабатывают поступающие туда молекулы тремя сотнями миллионов рецепторов. Для сравнения: у человека шесть миллионов обонятельных рецепторов. Большая часть мозга собаки — около 20% — занята обработкой этих результатов. У людей под анализ запахов отведено менее 1% мозга.
Летучие мыши перемещаются в темноте, посылая чрезвычайно высокочастотные звуки (ультразвуки) и анализируя отраженные (ультра)звуки, а вот человеческий слух их не улавливает. Длина волны воспринимаемого нами звука слишком велика, поэтому мы не можем использовать его для точной навигации. Люди в целом плохо понимают, откуда вообще исходят звуки, которые они слышат.
Пауки конструируют чувствительную систему другого типа. Их паутина — не только ловушка, но и сигнальное устройство, колебания которого указывают на присутствие и положение добычи.
Зрение — наш главный канал связи с внешним миром. Через него мы получаем очень много информации, и 20–50% нашего мозга (в зависимости от того, как считать[110]) предназначены для ее обработки. Но в реальности внешний мир все равно намного богаче.
Наше зрение реагирует на состояние электромагнитного поля — но только на излучение, попадающее в зрачки. Кроме того, чувствительность глаза ограничивается узким диапазоном длин волн, от 350 до 700 нанометров (это примерно полумиллионная часть метра), называемым видимым светом. Но даже в этом диапазоне мы не воспринимаем спектр правильно. У нас в глазу есть три[111] разных типа колбочек, грубо настроенных на разные диапазоны длин волн, задействованных в цветовом зрении, а также есть палочки, грубо настроенные на широкий диапазон, для периферического и ночного зрения.
Многие рептилии воспринимают инфракрасное излучение. Пчелы, как и многие птицы, воспринимают ультрафиолет. Птицы лучше нас анализируют спектр видимого света: их рецепторные клетки содержат вкрапления масла, которые избирательно фильтруют диапазоны длин волн. Как ни странно, ракообразные[112], известные как креветки-богомолы, на сегодня считаются лучшими природными спектроскопистами: у разных их видов есть от двенадцати до шестнадцати различных типов рецепторов (для сравнения: у человека только четыре). Их чувствительность захватывает и значительную часть инфракрасного и ультрафиолетового спектра излучения. Они также чувствительны к поляризации, чего совсем нет у людей.
Наши предки жили во вселенной, отличающейся в сенсорном смысле от нынешней. Трудно представить себе мир без очков, зеркал, линз (и их усовершенствованных форм — микроскопов и телескопов), искусственного освещения и фонарей, датчиков дыма, термометров, барометров и множества других устройств, которые расширяют наше восприятие. Тем не менее в таком мире люди жили в течение большей части истории.
Технологии уже предоставили нам сверхвозможности, и конца этому не видно. Приемники и генераторы электромагнитного излучения как в видимой области, так и за ее границами становятся компактными и дешевыми, равно как и датчики магнитного поля, генераторы и приемники ультразвука, а также устройства, которые могут отбирать и анализировать химические образцы («искусственные носы»). В нашей повседневной жизни двери восприятия открываются все шире.
Другие проекты по расширению нашего восприятия требуют экстраординарных усилий во многих областях науки и призваны решать важные вопросы, общаясь с природой на новом уровне. Открытия, которые при этом делаются, не станут в обозримом будущем частью повседневной жизни. Но у людей появился стимул усердно работать дальше. Ведь поднятые вопросы очень интересны.
Здесь я кратко опишу два больших проекта, которые в последние годы расширили границы нашего восприятия мира. Это примеры запланированных открытий, когда мы поставили прямые вопросы природе и ожидаем ответы. В каждом случае я объясню, почему мы задаем именно этот вопрос, почему хотим получить ответ и что для этого делаем.
Цель этих проектов — раздвинуть границы того, что мы умеем делать[113], чтобы расширить горизонт наших знаний. Таким образом, они проводят стресс-тесты для нашего понимания основных законов.
Что мы ищем и почему
Представьте себе планету, покрытую льдом, под которым лежит огромный океан, — например, что-то похожее на Европу, спутник Сатурна. А в этом океане живет уникальный вид рыб — настолько разумных, что они интересуются динамикой. Поскольку рыбы движутся в воде сложным образом, они накапливают много интересных наблюдений и эмпирических правил, не объединенных в целостную систему. И вот однажды у некоей рыбы-гения, назовем ее рыбкой Ньютоном, возникает потрясающая идея. Рыбка Ньютон предлагает новые законы движения. Они намного проще, чем старые правила, но не описывают того, как объекты движутся на самом деле (то есть в воде). Рыбка Ньютон утверждает, что вы сможете вывести наблюдаемые движения из новых, более простых законов, если предположите, что пространство заполнено средой. В этом случае гипотетическая среда — ее мы называем водой — влияет на поведение тел. Идея рыбки Ньютона — соединить сложность наблюдаемой реальности с более фундаментальной прос