Брайан Грин - До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной

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?.

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.

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.8 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.