Лео Чалупа

Лео Чалупа – профессор офтальмологии и нейробиологии, заведующий кафедрой нейробиологии, психологии и поведенческих наук Калифорнийского университета, Дэвис. Его научные интересы связаны с развитием и пластичностью зрительной системы млекопитающих и факторами, регулирующими формирование функциональных, нейрохимических и структурных свойств ретинальных клеток ганглия.

Вот три вещи, в которые я верю, но не могу доказать.

1. Человеческий мозг – самый сложный организм в известной нам Вселенной.

2. Благодаря этому непостижимому продукту эволюции мы в итоге сможем узнать все, что можно знать о физическом мире, – конечно, при условии, что наш биологический вид не исчезнет с лица земли в связи с какой-нибудь катастрофой.

3. Наука предлагает лучшие средства для достижения этой окончательной цели.

Если рассматривать научные исследования с точки зрения очевидных ограничений человеческого мозга, то знания, накопленные нами во всех научных сферах, просто поразительны. Рассмотрим неопровержимо доказанную вариабельность функциональных характеристик нейронов. Наблюдение за реакциями отдельных нейронов – например, реакцией зрительной зоны коры головного мозга на вспышку света – демонстрирует поразительные вариации. В одном случае этот простой стимул (вспышка света) может вызвать настоящий взрыв реакций, а при следующем опыте реакции может почти не быть. Те же самые феномены проявляются в данных электроэнцефалограммы: частота и амплитуда волн мозга меняются совершенно непредсказуемо, даже если испытуемый спокойно лежит и нет никаких изменений в его поведении или в окружающей среде. Подобная изменчивость наблюдается и при магнитно-резонансной томографии; красочные фотографии состояний мозга, которые можно увидеть в печати, – это просто «среднее арифметическое» множества исследований, выведенное компьютером.

Как же мозг делает это? Как он может функционировать настолько эффективно, как ему это удается, если учесть неизбежные искажения, свойственные его системе? У меня нет хорошего ответа на этот вопрос, и ни у кого другого его тоже нет, несмотря на все научные труды в этой области. Но в соответствии со вторым из трех убеждений, приведенных выше, я уверен, что в один прекрасный день мы найдем ответ.

Маргарет Вертхейм

Маргарет Вертхейм – популярный автор и комментатор. Много пишет о проблемах науки и общества для журналов, телевидения и радио. Автор книг «Пифагоровы штаны» и «Жемчужные врата киберпространства». Сейчас работает над книгой, посвященной роли воображения в теоретической физике.

Мы все во что-то верим, и наука сама по себе исходит из целого ряда верований. Прежде всего, наука строится на представлении, что вещи поддаются пониманию и что благодаря нашему изобретательному разуму и все более тонким инструментам в конце концов мы будем знать Все.

Но познаваемо ли Все? Я верю, хотя и не могу этого доказать, что всегда будут явления, которых мы не знаем, – большие, маленькие, интересные и важные.

Если теоретическая физика может служить для нас ориентиром, можно предположить, что наука приближается к своей окончательной цели. В последние несколько десятилетий физики-теоретики находятся в поисках так называемой Теории Всего, которую лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг окрестил «окончательной теорией». Предполагается, что это будет окончательный набор уравнений, способный объединить все фундаментальные силы, известные сегодня физикам: гравитацию, электромагнетизм и ядерные силы, действующие в ядрах атомов. Но такая теория, если нам повезет извлечь ее из всей массы конкурирующих концепций, ничего нам не скажет о том, как формируются протеины или как возникла ДНК. Тем более она не сможет пролить свет на химию живой клетки или на действие человеческого разума. Теория Всего даже не поможет понять, как возникают снежинки.

Мы уже выяснили, как произошла Вселенная, и смогли наблюдать искривления пространства и времени. Поэтому трудно поверить, что ученые до сих пор не понимают чего-то, на первый взгляд, настолько простого, как формирование кристаллов льда. Но это действительно так. Физик из Калифорнийского технологического института Кеннет Либбрехт – всемирно известный эксперт по формированию кристаллов льда. Этот неформальный проект он начал более двадцати лет назад. Как он говорит, «на этой планете живет шесть миллиардов человек, и мне кажется, хотя бы один из них должен понимать, как формируются снежные кристаллы». После двух десятков лет тщательных экспериментов в специально сконструированных герметичных камерах Либбрехт пришел к выводу, что несколько продвинулся в понимании процесса кристаллизации льда по краям псевдожидкого слоя, окружающего ледяные структуры. Он называет свою теорию «зависимой от структуры кинетикой связывания», но сразу же делает оговорку, что ее нельзя считать окончательной. Превращение воды в лед – удивительно сложный процесс, всегда занимавший великие умы, например, Иоганна Кеплера и Майкла Фарадея. Либбрехт надеется, что сможет еще немного увеличить наши знания об этой чудесной субстанции, без которой невозможна жизнь.

Кроме того, Либбрехт – один из сотен физиков, работающих в лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO). Задача обсерватории – регистрировать гравитационные волны, исходящие от черных дыр и других массивных космических объектов. Существование гравитационных волн предсказано общей теорией относительности, и поэтому физики верят, что они есть. Эта вера привела к созданию оборудования стоимостью в полмиллиарда долларов. Любой успешной Теории Всего придется считаться с гравитацией, которая, вместе с тремя другими силами, должна в конечном итоге проявиться и в форме волн, и в форме частиц. Обсерватория LIGO должна регистрировать волновую форму этой таинственной силы, если она, конечно, существует.

Несколько лет назад популяризатор науки Джон Хорган написал провокационную книгу, где предположил, что наука близится к концу и все основные теоретические доктрины уже существуют. Хорган прав в одном: физика высоких энергий, возможно, уже практически достигла пика своего развития. Но во многих других сферах наука только начинает нащупывать верный путь. Например, только сейчас у нас появились научные инструменты и методы, позволяющие исследовать, как формируется и действует атмосфера, как функционируют экологические системы, как гены создают протеины, как эволюционируют клетки и как работает мозг. Успехи «фундаментальной науки» открыли двери, в которые напрасно стучались предыдущие поколения, но при этом складывается впечатление, что становится все больше того, чего мы не знаем. Журналы по физике полны теорий о том, как можно создавать в лаборатории целые вселенные, и может показаться, что наука окончательно осмыслила реальность. На самом деле мы до сих пор весьма невежественны – и я уверен, что так будет всегда.

Накануне расцвета научной революции большой поклонник математики кардинал Николай Кузанский призывал к тому, что называл «просвещенным невежеством». По его мнению, целью современного научного мышления должно быть не всезнание, но еще более тонкое и проницательное незнание. Скромные снежинки, которые изучает Кеннет Либбрехт, – прекрасный пример такого «незнания». Снежинки тают на кончике языка, и в каждой из них заключена Вселенная, законы которой мы едва начали разгадывать.