Всякий инерциальный наблюдатель может вполне убедительно заявить, что это он находится в состоянии покоя, а все остальные движутся. Это так называемый принцип относительности Галилея. Он объясняет, почему Земля движется, своим движением не вызывая у нас головокружения.
Чтобы оценить революционность этого принципа, имейте в виду, что физики XVI столетия могли путем несложного наблюдения опровергнуть заявление Коперника о том, что Земля вращается вокруг Солнца. Возьмите шар и уроните его с вершины башни. Если Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца со скоростями, которых требовал Коперник, шар упадет далеко от башни. На самом же деле он падает близ ее основания. Что и требовалось доказать: Земля находится в состоянии покоя.
Но это доказательство подразумевает абсолютность движения, определяя движение по отношению к наблюдателю, который пребывает в состоянии покоя и по отношению к которому те объекты, на которые не воздействуют внешние силы, тоже рано или поздно приходят в состояние покоя. Изменив дефиницию движения, Галилей мог бы заметить: тот же самый эксперимент показывает, что Земля, возможно, действительно движется.
Принцип инерции стал одной из основополагающих идей Научной революции XVII столетия. Более того, он содержал в себе предпосылки и других революций в науке. Почему? Обратимся к формулировке Галилеева принципа относительности, где указано условие: «наблюдая объекты в движении». Долгие годы считалось, что когда-нибудь мы сумеем осуществить наблюдения иного рода, которые покажут, какие инерциальные наблюдатели в действительности движутся, а какие находятся в состоянии покоя. Эйнштейн разработал свою специальную теорию относительности, попросту убрав это условие. Его принцип относительности гласит:
Невозможно отличить наблюдателей, находящихся в состоянии покоя, от других инерциальных наблюдателей.
Но и это еще не всё. Спустя десятилетие после появления специальной теории относительности принцип инерции породил очередную революцию – общую теорию относительности. Принцип подвергся еще одному обобщению: вместо «движущимися по прямой с постоянной скоростью» появилось «движущимися по геодезической линии в пространстве-времени». Геодезическая линия – обобщение прямой линии, распространяющееся на искривленные пространства, кратчайшее расстояние между двумя точками. Теперь принцип инерции звучит так:
Существует особый класс наблюдателей, по отношению к которым все свободные объекты кажутся движущимися по геодезическим линиям в пространствевремени. Это наблюдатели, находящиеся в состоянии свободного падения в гравитационном поле.
Отсюда следует обобщение:
Невозможно отличить друг от друга наблюдателей, находящихся в свободном падении.
Это умозаключение стало принципом эквивалентности Эйнштейна, одним из основных положений его общей теории относительности.
Но действительно ли принцип инерции справедлив? Пока его справедливость проверяли в условиях, когда энергия движения частицы не более чем на 11 порядков выше, чем масса этой частицы. Впечатляет, но остается множество ситуаций, в которых принцип инерции может не сработать. И лишь эксперименты способны показать нам, станет ли такое несрабатывание залогом новых научных революций.
Каким бы ни оказался результат подобных опытов, этот принцип все равно остается единственным научным объяснением, которое так долго продержалось незыблемым, которое доказали в таком огромном диапазоне масштабов и которое породило столько переворотов в науке.
Видеть – значит верить: от плацебо до фильмов в нашем мозгу
Эрик Дж. Топол
Руководитель Центра инновационной медицины, профессор трансляционной геномики Института Скриппса; автор книги The Creative Destruction of Medicine («Креативное разрушение медицины»)
Наш мозг с его ста миллиардами нейронов и квадриллионом синапсов (ну, плюс-минус несколько миллиардиков) представляет собой один из самых сложно устроенных объектов, с тайнами которых доводилось биться человечеству. Может, это и хорошо, что он так сложно устроен: мы не всегда хотим, чтобы другие читали наши мысли.
Однако использование методов сканирования мозга с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), позволяющее получать изображения мозга и выстраивать сложнейшие карты активации различных его областей, подтверждает, назло скептикам, справедливость афоризма «Видеть – значит верить». Среди спорных вопросов медицины, дольше всего остававшихся без окончательного ответа, одно из первых мест занимает вопрос о том, кроется ли какой-то реальный биологический механизм за эффектом плацебо, этим известным своей сложностью «конечным продуктом» взаимодействия тела и сознания. Теперь, судя по всему, противоречие разрешено: ученые выявили, что опиоидный нервный путь (активизируемый при введении в организм таких веществ, как морфин или окситоцин) дает такой же рисунок активации мозга, как и при введении различных плацебо для ослабления боли. Кроме того, обнаружено, что при введении плацебо пациентам, страдающим болезнью Паркинсона, определенные участки мозга выделяют допамин. Выяснение конкретных, поддающихся определению физиологических механизмов, лежащих в основе эффекта плацебо, позволило значительно повысить его статус, побудив начать рассматривать применение плацебо как настоящее терапевтическое лечение: скажем, в Гарвардском университете недавно разработали специальную Программу изучения плацебо и его терапевтического применения.
«Расшифровка» эффекта плацебо – возможно, шаг на пути к достижению куда более амбициозной цели – научиться читать мысли. Летом 2011 года группа специалистов из Калифорнийского университета в Беркли путем реконструкции карт активации зон мозга, получаемых при его сканировании, добыла убедительные «факсимильные отпечатки» роликов YouTube, показываемых участникам эксперимента[78]. Когда замечаешь своеобразное сходство фильма с реконструкцией мозговых образов (при покадровом сравнении), это вдохновляет, но и несколько пугает.
Прибавьте к этому еще и бурное развитие миниатюрных переносных магнитно-резонансных томографов: возможно, мы на пути к тому, чтобы поутру заново пересматривать собственные сны – уже на айпаде. Или (что вселяет еще более сильную тревогу) выкладывать свое внутреннее мозговое кино в Сеть, чтобы с ним могли ознакомиться все желающие.
Прерывистость науки и культуры
Джеральд Холтон
Маллинкродтовский профессор физики (получатель гранта Маллинкродта), почетный профессор истории науки Гарвардского университета; редактор книги Einstein for the 21st Century: His Legacy in Science, Art and Modern Culture («Эйнштейн в XXI веке: наследие в науке, искусстве и современной культуре»)
Время от времени большие части человечества внезапно обнаруживают себя в изменившемся мире. Наука, культура и общество претерпевают тектонический сдвиг, к лучшему или к худшему: приходит к власти могущественный религиозный или политический лидер, принимается Декларация независимости, отменяется рабство в США, – или, с другой стороны, происходит падение Рима, приходит Великая Чума, разражается Первая или Вторая мировая война.
В искусстве то же самое. По известному выражению Вирджинии Вулф, «примерно в декабре 1910 года человеческий характер переменился» – по ее мнению, из‑за скандальной выставки постимпрессионистов, прошедшей тогда в Лондоне. После открытия атомного ядра Василий Кандинский писал: «Крушение прежней модели атома кажется мне крушением всего прежнего мира. Вдруг рухнули самые толстые из стен…» – и в результате он смог обратиться к новой художественной манере.
Каждое из таких событий, меняющих наше восприятие мира, зачастую бывает глубоко загадочным или вселяет в нас тревогу. В знакомой ткани истории вдруг возникают разрывы, которые требуют объяснения. Год за годом выходят бесчисленные трактаты, авторы каждого надеются дать ответ, найдя причину того или иного потрясения.
Я рассмотрю здесь одно из таких явлений.
В 1611 году Джон Донн опубликовал поэму «Первая годовщина», где содержатся знаменитые строки: «Все новые философы в сомненье. / Эфир отвергли – нет воспламененья» и далее: «…Едва свершится / Открытье – всё на атомы крушится, / Всё – из частиц, а целого не стало, / Распались связи…»[79]. Как и многие современники, Донн чувствовал, что на смену старому порядку и единству пришли релятивизм и прерывистость. Поводом для его тревоги послужило совершенно неожиданное событие, которое случилось годом раньше: открытие Галилеем гор на Луне, спутников у Юпитера, а также того, что существует неизмеримо больше звезд, чем было известно раньше.
Об этих и последовавших открытиях историк Марджори Николсон пишет: «Возможно, имеет смысл датировать зарождение современной мысли 7 января 1610 года, когда Галилею при помощи сконструированного им прибора (телескопа) удалось наблюдать то, что он счел новыми планетами и новыми мирами, расширявшими известный ранее мир»[80].
И в самом деле, своей работой Галилей дал глубокое и изящное объяснение того, как устроен наш космос, хотя это объяснение могло причинить немалые страдания аристотелианцам и поэтам его времени. (Во всяком случае, теория Коперника, сформулированная значительно раньше, вызывала больше доверия.) Благодаря этому гигантскому шагу вперед появились и новая наука, и новая культура.
Гормезис – это избыточность
Нассим Николас Талеб
Заслуженный профессор риск-инженерии Политехнического института Нью-Йоркского университета; автор книги The Black Swan («Черный Лебедь», М., Колибри, 2009)