Объяснение Эйнштейна, почему гравитация универсальна

Шон Кэрролл

Физик-теоретик (Калифорнийский технологический институт); автор книги From the Eternity to Here («Из вечности в сегодня»)

Древние греки полагали, что тяжелые предметы падают на землю быстрее, чем легкие. Для этого существуют веские основания, потому что тяжелый камень падает быстро, в то время как лист бумаги медленно планирует на землю. Но мысленный эксперимент Галилея обнаружил просчет в этом рассуждении. Представьте, что вы берете лист бумаги и привязываете его к камню. Вместе они тяжелее, чем каждый по отдельности, и должны падать быстрее. Но на практике лист бумаги задерживает падение камня.

Галилей утверждал, что скорость падения предметов – универсальное качество, не зависящее от их массы и строения, если отбросить сопротивление воздуха. Дейв Скотт, астронавт «Аполлона‑15», находясь на поверхности Луны почти в вакууме, проиллюстрировал эту точку зрения. Он уронил перо и молоток – как и предсказывал Галилей, они упали с одинаковой скоростью.

Многие ученые задумывались над тем, почему так происходит. Частицы в электрическом поле ведут себя не так, как в гравитационном. Они все делают по-разному: положительно заряженные частицы движутся в одном направлении, отрицательно заряженные – в другом, а нейтральные остаются на месте. А вот гравитация универсальна – все объекты реагируют на нее одинаково.

Размышление над этой проблемой привело Эйнштейна к тому, что он назвал «самой счастливой мыслью в моей жизни». Представьте себе астронавта в космическом корабле без иллюминаторов или другой возможности увидеть окружающий мир. Если корабль летит вдали от звезд или планет, все предметы внутри него находятся в состоянии свободного падения – отсутствует гравитационное поле, которое двигало бы их в определенном направлении. Теперь поместите корабль на орбиту крупной планеты, обладающей значительной гравитацией. Предметы внутри корабля по-прежнему будут находиться в свободном падении, потому что гравитация действует на них одинаково – ни один не движется вперед или в сторону от другого. Наблюдая только за тем, что происходит внутри корабля, мы не сможем обнаружить существование гравитации.

Эйнштейн, благодаря своей гениальности, сделал суще ст венный вывод из подобного положения вещей. Если гравитация действует на все объекты одинаково, то не следует рассматривать ее как «силу» вовсе. Предпочтительно считать гравитацию свойством пространства-времени, сквозь которое они перемещаются. Точнее, гравитация – искривление пространства-времени. Пространство и время, сквозь которые мы движемся, не постоянны, как полагал Ньютон, – они сжимаются и растягиваются под воздействием материи и энергии. В результате объекты движутся в различных направлениях, подталкиваемые искривлением пространства-времени, – явлением, которое мы называем гравитацией. Таким образом, с помощью непревзойденной физической интуиции Эйнштейн сумел решить задачу, оста вавшуюся без ответа со времен Галилея.

Эволюционная генетика и противоречия общественной жизни

Стивен Пинкер

Профессор факультета психологии Гарвардского университета; автор книги The Better Angels of Our Nature («Лучшие стороны нашей натуры»)

Сложное устройство жизни – продукт естественного отбора, который приводится в действие конкуренцией между репликаторами. Результат зависит от того, какие репликаторы лучше используют энергию и материалы, необходимые для копирования самих себя, и как быстро они могут создавать собственные копии, которые, в свою очередь, также способны реплицироваться. Первая составляющая конкуренции может быть названа выживанием, обменом веществ или физическим напряжением, вторая – репликацией или размножением. Жизнь любого уровня – от РНК и ДНК до целого организма – выполняет эти две функции и постоянно ищет компромиссы между ними.

Первый из жизненных компромиссов – следует ли распределить ресурсы (энергию, питание, риск, время) так, чтобы произвести как можно больше потомства и оставить его на произвол судьбы, или ограничиться небольшим числом потомков и увеличить шансы на выживание и размножение каждого из них. Выбор между этими возможностями определяет уровень родительского вклада организма.

Так как родительский вклад ограничен, организм сталкивается со вторым компромиссом – между вложением ресурсов в потомство и сохранением их для существующих или потенциальных близких родственников.

Благодаря значительному различию между полами – самки производят меньше половых клеток, но они более ценные – самки большинства видов вкладывают в потомство больше, чем самцы, вклад которых часто близок к нулю. Самки млекопитающих, в частности, идут на существенные затраты, включая вынашивание детенышей и вскармливание их молоком. У некоторых видов, в том числе у Homo sapiens, самцы также вносят свой вклад, хотя и меньший, чем самки.

Естественный отбор содействует распределению ресурсов не только между родителями и детьми, но и между генетическими родственниками, такими как родные и двоюродные братья и сестры. Точно так же, как ген, поощряющий родителей делать вклад в потомство, поддерживает копии самого себя в этом потомстве, ген, поощряющий вклад в братьев и сестер, способствует собственному копированию в соответствии с размером вложений, понесенными убытками и степенью генетического родства.

Я просто напоминаю основные свойства жизни на Земле (и, возможно, жизни вообще), а также некоторые необходимые сведения о нашем собственном виде – и мы млекопитающие, у которых самцы вносят свой вклад в потомство. Я также добавлю, что мы – мыслящий вид, который решает жизненные проблемы с помощью не только закрепленных эволюцией приспособлений, но и дополнительных способностей (мышления, языка, общения), которые мы развиваем в течение жизни, а их результатами обмениваемся посредством культуры.

Исходя из этих основных принципов эволюционного процесса, можно многое заключить об общественной жизни нашего вида (заслуга в этом принадлежит Уильяму Гамильтону, Джорджу Уильямсу, Роберту Трайверсу, Дональду Симонсу, Ричарду Александеру, Мартину Дейли и Марго Уилсон).

• Конфликты – часть существования человека. Вопреки религиозным мифам об Эдеме, романтическим описаниям благородных дикарей, утопическим мечтам об идеальной гармонии и таким прилипчивым метафорам, как верность, привязанность и согласие, человеческая жизнь не свободна от противоречий. Во всех обществах существуют некоторые различия в авторитете и социальном положении, неравенство во власти и благосостоянии, наказания, сексуальные ограничения, ревность, враждебность по отношению к другим группам и конфликты внутри собственной группы, включая жестокость, насилие и убийство. Наши разумные и моральные соображения ограничивают эти конфликты. В мировой художественной литературе всего несколько сюжетов, посвященных вражде (часто смертельной) и трагедиям в семейных или любовных отношениях (иногда и в тех, и в других). В реальном мире истории нашей жизни – это по большей части истории конфликтов между друзьями, родственниками и соперниками: обида, вина и ревность.

• Главный заложник этих конфликтов – семья, совокупность индивидуальностей, эволюционно заинтересованных в процветании друг друга. Таким образом, мы обнаруживаем, что традиционные общества основаны на родственных связях, и политические лидеры – от императоров до доморощенных тиранов – стремятся передать власть своим потомкам. Яркие проявления альтруизма, например донорство органа или рискованная ссуда денег, обычно распространяются на родственников, как и завещания состояния после смерти. Семейственность постоянно угрожает социальным институтам, таким как религия, правительство и бизнес, которые соперничают с инстинктивными семейными связями.

• Даже семья не освобождает от конфликтов, потому что солидарность общих генов вынуждена противостоять конкуренции за родительский вклад. Родители должны распределить вложения между всеми своими детьми, рожденными и еще не рожденными, так, чтобы не обделить никого из потомков (при прочих равных условиях). Но почему потомок должен быть заинтересован в благополучии своих братьев и сестер, с которыми у него половина общих генов, в то время как с самим собой у него все гены общие? Следовательно, он непропорционально озабочен собственным благополучием. Скрытый конфликт проявляется в течение всей жизни: в послеродовой депрессии, детоубийстве, инфантилизме, капризах, истериках, детской ревности и ссорах из‑за наследства.

• Секс – это не времяпровождение взрослых партнеров для взаимного удовольствия и по обоюдному согласию. Причина в том, что разный родительский вклад мужчин и женщин создает предпосылки для различных эволюционных задач. Мужчины – но не женщины – могут увеличивать свое потомство с множеством партнерш. Мужчины более склонны к изменам, чем женщины. Женщины больше рискуют остаться в одиночестве, чем мужчины. Следовательно, секс – это отражение эксплуатации, беззакония, ревности, супружеского неравенства, измен, одиночества, домогательств и изнасилований.

• Любовь – это не все, что вам нужно, и не на ней держится мир. Брак не предоставляет супружеской паре теоретическую возможность реализовать эволюционные задачи, и, соответственно, перспективу блаженства, которую мы связываем с романтической любовью, потому что генетические судьбы супругов находятся в одной упаковке, а именно – в их детях. К несчастью, задачи супругов могут не совпадать из‑за неверности, пасынков и падчериц, родственников с обеих сторон и возрастных различий, которые не случайно служат главным источником семейных ссор.

Ничего из вышесказанного не предполагает, что люди – это роботы, управляемые своими генотипами, что сложные черты характера определяются отдельными генами, что существует моральное оправдание за драку, изнасилование или измену. Это также не значит, что люди должны стремиться иметь как можно больше детей или что они невосприимчивы к влиянию культуры (примером может служить общее непонимание некоторых закономерностей эволюции). Очевидно лишь то, что значительное количество повторяющихся человеческих конфликтов проистекает из небольшого числа особенностей процесса, который сделал возможной жизнь.