15. Способы восприятия мира
Большинство школьников и студентов ненавидят физику, потому что ее, как правило, преподносят им с помощью весьма сложного набора математических формул. Я в МТИ предпочитаю совсем иной подход, который использован и в этой книге. Я представляю физику как способ видения мира, раскрывающий территории, которые иначе были бы скрыты от нашего взора – речь идет о мельчайших субатомных частицах на просторах Вселенной. Физика позволяет нам увидеть невидимые силы, постоянно действующие вокруг нас, от силы тяжести до электромагнитных сил, и быть начеку, чтобы в подходящий момент лицезреть не только радугу, но и ореолы, туманные радуги, глории, а если повезет, даже стеклянную радугу.
Каждый физик-новатор в корне менял способ, которым мы смотрим на мир. Благодаря Ньютону мы смогли понять и научились предсказывать движения всей Солнечной системы, используя для этого математические методы – вычисления. После Ньютона уже никто не мог утверждать, что солнечный свет не складывается из разных цветов или что радуги не состоят исключительно из солнечного света, преломляемого и отражающегося в каплях дождя. После Максвелла электричество и магнетизм настолько крепко связаны друг с другом, что мне было довольно трудно разделить их, чтобы посвятить им разные главы в этой книге. Вот почему я ясно вижу связь между физикой и искусством; новаторское искусство – тоже новый способ восприятия, новый способ смотреть на мир. Может, вас это удивит, но на протяжении большей части моей жизни я одержим современным искусством практически так же, как физикой; каюсь, у меня любовные отношения сразу с обоими! Я уже упомянул о своей большой коллекции керамики Fiestaware. А еще с середины 1960-х годов я собрал свыше ста произведений искусства: картин, коллажей, скульптур, ковров, стульев, столов, кукол, масок, – и у меня дома уже не хватает пола, чтобы все это расставить, и стен, чтобы все развесить.
В моем кабинете в МТИ доминирует физика, хотя я на правах аренды владею двумя великими произведениями искусства нашего университета. Зато у меня дома, наверное, всего с десяток книг по физике, а вот книг по искусству около двухсот пятидесяти. Мне повезло рано к нему приобщиться.
Мои родители коллекционировали произведения искусства, хотя очень мало знали о нем в интеллектуальном плане. В собирательстве они просто руководствовались своими вкусами и предпочтениями, и этот путь, признаться, иногда заводил их в тупик. Порой они выбирали действительно великие работы, а иногда не слишком, как оказывалось потом, при оценке покупок, так сказать, с высоты времени. Одной из картин, произведшей на меня неизгладимое впечатление, стал портрет моего отца, который теперь висит над моим камином в Кембридже. Это действительно потрясающая вещь. Мой отец был очень интересным человеком – и, как и я, большим упрямцем. Художник, который знал его очень хорошо, великолепно уловил характерные черты отца – его торс и большую, лысую, продолговатую голову между мощными квадратными плечами с маленьким ртом и невероятно самодовольной улыбкой. Но больше всего на портрете выделяются очки: толстые, черные, окаймляющие невидимые глаза, они следуют за тобой по комнате, а левая бровь недоуменно изогнута над оправой. В этом вся суть его характера: он словно заглядывает внутрь тебя.
Когда я учился в школе, отец часто водил меня в художественные галереи и музеи, и именно тогда я начал по-настоящему влюбляться в искусство, потому что оно учило меня новым способам видения мира. Мне нравилось, что в галереях и музеях, в отличие от школы, вы поступаете в соответствии со своими интересами: останавливаетесь, где хотите, сколько хотите стоите у понравившейся картины и переходите к следующей, когда посчитаете нужным. Вы развиваете собственное отношение к искусству. Вскоре я уже ходил по музеям самостоятельно и начал довольно неплохо разбираться в живописи. Особенно глубоко я погрузился в Ван Гога. (Кстати, его имя на самом деле звучит иначе, как van Chocch, но если вы не голландец, оно просто непроизносимое – два гортанных звука, едва разделенных коротким «о».) Закончилось это тем, что в возрасте пятнадцати лет я прочел в классе лекцию о Ван Гоге. А еще я водил друзей на экскурсии в музеи. Так что, по сути, на преподавательскую стезю меня привело искусство.
Тогда-то я впервые осознал, какое это прекрасное чувство – учить людей любого возраста, расширять их кругозор, выходя в совершенно новые сферы. И мне по-настоящему обидно, что искусство может казаться людям таким же непонятным и трудным, как и физика тем, кому в школе не повезло с учителями. По этой причине я на протяжении последних восьми лет с большим удовольствием каждую неделю провожу викторину по искусству, вывешивая на доске объявлений в МТИ распечатанную из интернета репродукцию с вопросом «Кто художник?». Трое участников конкурса, давших больше всех правильных ответов за год, в конце года получают от меня призы – очень хорошие книги по искусству. Некоторые особо увлеченные ребята проводят в интернете часы, отыскивая верный ответ, и, делая это, параллельно изучают искусство! Мне так понравилась эта еженедельная викторина, что теперь я раз в две недели задаю такие же вопросы на своей странице в Facebook. Если хотите, можете поучаствовать.
А еще мне невероятно повезло сотрудничать с некоторыми удивительными, передовыми художниками. В конце 1960-х к нам в МТИ пришел немецкий художник Отто Пине, придумавший концепцию «небесного искусства»; он начинал как стипендиат и занимался научными исследованиями в нашем Центре передовых визуальных исследований, а позже возглавил его и управлял на протяжении двух десятилетий. Имея ко времени его прихода к нам опыт запуска гигантских аэростатов, я помогал Отто реализовывать некоторые из его замыслов «небесного искусства». Первый проект, над которым мы вместе работали, назывался «Эксперимент светящихся линий». Он состоял из четырех семиметровых полиэтиленовых труб, заполненных гелием, которые, закрепленные обоими концами, под дуновением ветра создавали на стадионах университета красивые изящные дуги. Мы связали все четыре трубы вместе, в результате чего получился длиннющий 28-метровый воздушный шар, и дали ему одним концом подняться в небо. А ночью мы включали точечные светильники, которые освещали части змееподобного воздушного шара, а те скручивались и извивались, принимая высоко-высоко в небе совершенно удивительные, постоянно меняющиеся формы. Зрелище просто невероятное!
В этих проектах мне, как правило, отводилась роль техника: я должен был определить, осуществимы ли идеи Отто с точки зрения размеров и форм воздушных шаров. Например, насколько толстым должен быть полиэтилен, из которого они сделаны? Мы хотели, чтобы шары были достаточно легкими, чтобы подняться в небо, но и достаточно крепкими, чтобы не лопнуть при сильном ветре. А на мероприятии в Аспене, проведенном в 1974 году, мы развесили многогранные стеклянные бусины на тросе «световой палатки». Чтобы добиться желаемого результата как с точки зрения физики, так и с точки зрения эстетики, я произвел множество вычислений, варьируя размеры воздушного шара и веса бусин. Признаться, мне невероятно нравилось находить физические решения, позволяющие реализовать потрясающие художественные идеи Отто.
А еще я получил невероятное удовольствие, когда мы делали огромный пятицветный воздушный шар «Радуга» для церемонии закрытия Олимпийских игр 1972 года в Мюнхене. Конечно, мы не имели ни малейшего представления о том, что Олимпиада закончится кровавой расправой над израильскими спортсменами и наша сорокапятиметровая «Радуга», выгнувшаяся над олимпийскими объектами, станет символом надежды перед лицом этой катастрофы. Когда я начинал использовать аэростаты для наблюдения за Вселенной, мне и в голову не приходило, что когда-нибудь я буду принимать участие в подобных проектах.
Отто познакомил меня с голландским художником Питером Стрюкеном, чье искусство я хорошо знал, потому что мои родители в Нидерландах коллекционировали его работы. Как-то Отто позвонил мне в МТИ и спросил: «У меня в офисе сейчас сидит один голландский художник, хотите с ним познакомиться?» Люди почему-то уверены, что если вы из одной и той же маленькой страны, то наверняка будете рады пообщаться с соотечественником, хотя лично мне этого чаще не хочется, чем хочется. Я спросил Отто: «А как его зовут?» И когда Отто произнес имя Питер Стрюкен, я тут же согласился, но, чтобы подстраховаться, предупредил, что у меня будет не больше получаса (что, честно говоря, не совсем соответствовало действительности). Питер приехал ко мне в офис, и мы проговорили с ним почти пять часов (да-да, пять часов!), а потом я пригласил его на устрицы в ресторан Legal Sea Foods! Мы понравились друг другу с самого начала, и Питер больше чем на двадцать лет стал одним из моих самых близких друзей. Его визит навсегда изменил мою жизнь!
Во время нашей первой дискуссии я сумел помочь Питеру «увидеть», почему в его главной проблеме – вопросе «В каком случае что-то отличается от чего-то другого?» – все зависит от определения характера различия. С одной точки зрения, например, квадрат отличается от треугольника и окружности. Тем не менее если определить их все как замыкающиеся линии, образующие геометрические фигуры, то они будут одинаковыми.
Питер показал мне десяток своих компьютерных рисунков, сделанных в одной и той же программе, и сказал: «Смотрите, они же все одинаковые». Но для меня они все выглядели совершенно по-разному. Все зависит от того, как вы понимаете одинаковость. А еще я добавил, что если ему они кажутся одинаковыми, то, возможно, он не откажется подарить одну мне. Он так и сделал, подписав подарок на голландском языке: Met dank voor een gesprek («С благодарностью за дискуссию»). Это так типично для Питера: он на редкость скромный человек. Откровенно говоря, из многих его работ, которые есть в моей коллекции, этот небольшой рисунок – мой любимый.
Питер нашел в моем лице физика, который не только интересовался искусством, но и смог помочь ему с работой. Питер – один из пионеров в области компьютерного искусства. В 1979 году он (вместе с Льеном и Даниэлем Деккерами) в течение года работал в МТИ, и мы с ним очень тесно сотрудничали. Мы встречались практически ежедневно, и два-три раза в неделю я у него обедал. До Питера я «смотрел» на искусство, Питер помог мне его «увидеть».
Думаю, если бы не он, я бы так никогда и не научился сосредоточиваться на новаторских произведениях искусства и не понял бы, как они могут коренным образом изменить наше восприятие окружающего мира. Я узнал, что цель искусства – не только и даже не столько в воспевании красоты, а в открытии нового и неизведанного, и в этом искусство и физика сливаются для меня воедино.
С того времени я стал смотреть на искусство совершенно иначе. Мне больше было неважно, что мне нравится. Важно художественное качество, новый взгляд на мир и то, что можно оценить исключительно в случае, если действительно кое-что знаешь об искусстве. Я начал обращать пристальное внимание на то, в какие годы выполнена работа. Например, новаторские произведения Малевича 1915–1920 годов просто завораживают. А похожие картины, написанные другими художниками в 1930-е годы, не представляют для меня никакого интереса. «Искусство – это либо плагиат, либо революция», – сказал Поль Гоген с типичным для него высокомерием, но и не без доли истины.
Я был очарован эволюцией, способствовавшей новаторству. Например, вскоре я мог точно определить, в каком году написана та или иная работа Пита Мондриана – в период с 1900 по 1925 год этот нидерландский художник развивался очень быстро, – и моя дочь Полин сейчас тоже это умеет. Кстати, за многие годы я не раз замечал, что музеи иногда указывают неверную дату создания картины. Когда я сообщаю им об этом (а я всегда это делаю), кураторы иногда смущаются, но обязательно меняют исправляют ошибку.
Я работал с Питером над добрым десятком его идей. Нашим первым проектом был 16th Space («16-й космос»), картина в шестнадцати измерениях (видите, мы обскакали саму теорию струн с ее одиннадцатью измерениями). Я также вспоминаю его серию Shift («Смещение»). Питер разработал математические основы для компьютерной программы, которая генерирует чрезвычайно сложные и интересные картины. Но поскольку он не слишком разбирался в математике, его уравнения были странными, а по сути, просто нелепыми. Он хотел сделать математику красивой, но не знал, как.
А я сумел придумать решение, с физической точки зрения не такое уж и сложное: бегущие волны в трех измерениях. Вы можете установить длину волны, определить скорость волн и задать им направления. А если вам хочется, чтобы три волны проходили друг через друга, то можно сделать и это. Вы начинаете с исходного состояния, а затем позволяете волнам проходить друг через друга и соединяться. В результате получаются чрезвычайно интересные интерференционные картины.
Математические концепции в основе этих картин были так же прекрасны, и Питер это очень ценил. Я это говорю вовсе не для того, чтобы похвастаться – Питер сказал бы вам то же самое. Именно эту роль я в основном и играл в его жизни: я должен был показать художнику, как сделать вещи красивыми и понятными с точки зрения математики. Кстати, Питер всегда любезно позволял мне выбрать одну картину из каждой серии. Так что мне опять очень повезло: теперь у меня целых тринадцать Стрюкенов!
В результате моего сотрудничества с Питером в 1979 году дирекция Музея Бойманса – Ван Бенингена в Роттердаме пригласила меня прочесть первую лекцию о Мондриане под огромным куполом амстердамской церкви Кепелькерком. Народу пришло очень много – около девяти сотен человек. Не протолкнуться. Теперь такие чрезвычайно престижные лекции читаются ежегодно. В 1981 году лектором был Умберто Эко, в 1993 году Дональд Джадд, в 1995 году Рем Колхас, в 2010 году Чарльз Дженкс.
Однако мое участие в художественных проектах не ограничивается сотрудничеством с Отто и Питером; однажды я даже пытался (хотя и в шутку) создать немного концептуального искусства самостоятельно. Читая лекцию «Взгляд на искусство XX века глазами физика», я сообщил, что у меня дома есть около десятка книг по физике и по меньшей мере 250 книг по искусству – соотношение двадцать к одному. Я выложил десять книг по искусству на стол и предложил слушателям в перерыве их просмотреть. Чтобы сохранить баланс, я объявил, что принес и половину книжки по физике. В то утро я действительно разрезал учебник по физике на две равные части – прямо посередине. На лекции я поднял половинку вверх, показывая, что сделал это очень аккуратно. «А это для тех, кого искусство совершенно не интересует», – сказал я, бросая ее на стол. Кажется, к ней не прикоснулся ни один человек.
Если сегодня оглянуться назад и проследить за развитием искусства со времен эпохи Возрождения до наших дней, то можно заметить четкую тенденцию. Художники постепенно снимали ограничения с точки зрения темы, формы, материалов, перспективы, техники и цвета, установленные преобладающими традициями. И к концу ХIХ века полностью отказались от идеи искусства как точной репрезентации естественного мира, мира природы.
Несмотря на то что сегодня мы находим многие из этих новаторских работ прекрасными, намерения художников при их создании были совершенно иными. Oни хотели предложить людям новый способ смотреть на мир. Многие работы, которые восхищают нас как знаковые и прекрасные творения – например, «Звездная ночь» Ван Гога или «Зеленая полоса» Матисса (портрет его жены), – подвергались насмешкам и были встречены весьма враждебно. Всеми любимые сегодня импрессионисты – Моне, Дега, Писсарро, Ренуар, – картины которых представлены в лучших музеях мира, начав выставлять свои произведения, заслужили от современников одни лишь насмешки.
Тот факт, что большинство из нас считают их работы красивыми, четко указывает на то, что эти художники опередили свое время и победили: их новый способ восприятия, новый способ смотреть на мир стал нашим миром, нашим способом видения. Тем, что казалось уродливым сто лет назад, теперь нередко восхищаются. Один критик-современник назвал Матисса апостолом уродства – мне очень нравится такое определение. А известный коллекционер Лео Штейн так отозвался о его портрете мадам Матисс «Женщина в шляпе»: «Самая отвратительная мазня из всех, какие я когда-либо видел», однако же купил картину!
В XX веке художники использовали в своих произведениях разные предметы, иногда созданные самой природой, иногда весьма шокирующие, как, например, писсуар Марселя Дюшана (который он назвал «фонтаном») или его «Джоконда», на которой художник написал провокационные буквы L.H.O.O.Q. Что ж, Дюшан был великим освободителем; после него мир уже ничем не удивишь! Он хотел встряхнуть нас, изменить наш взгляд на искусство – и ему это удалось.
После Ван Гога, Гогена и Матисса уже никто не может смотреть на цвет так же, как прежде, а после Энди Уорхола – на банку из-под супа Campbell или образ Мэрилин Монро.
Новаторские произведения искусства могут быть красивыми, даже потрясающими, но гораздо чаще – поначалу, конечно, – они озадачивают, сбивают с толку и даже кажутся многим уродливыми. Истинная красота новаторского произведения искусства, пусть даже на первый взгляд некрасивого, в его смысле. Новый способ смотреть на мир никогда не бывает знакомой и уютной теплой постелью, это всегда отрезвляющий холодный душ. Я лично считаю этот душ бодрящим и освобождающим.
Точно так же я отношусь и к новаторству в области физики. После того как эта наука сделала очередной чудесно разоблачительный шаг в прежде невидимую, туманную сферу, мы уже никогда не будем видеть мир таким, как раньше.
Многие потрясающие открытия, описанные в этой книге, на момент их совершения глубоко озадачивали и сбивали людей с толку. Если бы я заставил вас изучать математические принципы, лежащие в их основе, вам было бы действительно сложно. Но я надеюсь, что мое доступное изложение смогло показать вам, насколько некоторые из самых важных, революционных прорывов в физике захватывающи и красивы. Так же как Сезанн, Моне, Ван Гог, Пикассо, Матисс, Мондриан, Малевич, Кандинский, Бранкузи, Дюшан, Поллок и Уорхол протаптывали новые тропы, бросая вызов миру искусства, Ньютон и все те, кто шел за ним, дали нам новое видение физики.
Пионеры физики начала ХХ века – Антуан Беккерель, Мари Кюри, Нильс Бор, Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Луи де Бройль, Эрвин Шредингер, Вольфганг Паули, Вернер Гейзенберг, Поль Дирак, Энрико Ферми и многие другие – предлагали идеи, которые в корне меняли взгляд на реальность, доминирующий на протяжении многих столетий, а то и тысячелетий. До появления квантовой механики мы считали, что частица – это частица, повинующаяся законам Ньютона, а волна – это волна, подчиняющаяся совсем другим физическим законам. Теперь мы знаем, что все частицы могут вести себя как волны, а все волны могут вести себя подобно частицам. Таким образом, один из главных физических вопросов XVIII века, является свет частицей или волной, который, казалось, был раз и навсегда решен в 1801 году Томасом Юнгом в пользу волны (см. ), сегодня и вовсе не считается вопросом, ибо свет и то и другое одновременно.
До появления квантовой механики считалось, что физика наука детерминированная – в том смысле, что проведите вы один и тот же эксперимент хоть 100 раз, каждый раз получите точно такой же результат. Теперь-то мы знаем, что это неправда. Квантовая механика имеет дело с вероятностями, а не с несомненностями. Это открытие было настолько шокирующим, что даже Эйнштейн так и не смог его принять. «Бог не играет в кости», – как известно, сказал он по этому поводу. Что ж, тут великий Эйнштейн ошибался!
До появления квантовой механики мы полагали, что положение частицы и ее импульс (произведение ее массы и скорости) можно, в принципе, одновременно определить с любой степенью точности. Именно этому нас учили законы Ньютона. Теперь мы знаем, что это не так. Хотя это и противоречит интуитивному выводу, чем точнее определено положение частицы, тем менее точно определяется ее импульс; сегодня это известно каждому физику как принцип неопределенности Гейзенберга.
Эйнштейн в своей специальной теории относительности утверждал, что пространство и время образуют одну четырехмерную реальность, пространственно-временной континуум. Он постулировал постоянство скорости света (300 тысяч километров в секунду) во всех системах отсчета. Даже если какой-то человек приближается к вам на сверхскоростном поезде, движущемся со скоростью половины скорости света (150 тысяч километров в секунду) и светящим дальним светом вам в лицо, вы с этим человеком получите для скорости света одну и ту же величину. Это абсолютно противоречит интуиции, поскольку каждый человек наверняка подумает, что поскольку поезд приближается к вам, то, видя свет, направленный на вас, вы должны сложить 300 тысяч и 150 тысяч и получить в итоге 450 тысяч километров в секунду. Но это не так – согласно Эйнштейну 300 тысяч плюс 150 тысяч по-прежнему дает 300 тысяч! А его общая теория относительности оказалась, пожалуй, еще более ошеломляющей: она предполагала полное переосмысление силы, удерживающей вместе астрономическую Вселенную, утверждая, что сила тяжести искажает ткань самого пространственно-временного континуума, выталкивает объекты на орбиту с помощью геометрии и даже заставляет изгибаться в этом искаженном пространстве-времени сам свет. Эйнштейн показал, что ньютоновская физика нуждается в серьезных изменениях, и открыл нам путь к современной космологии – к теории Большого взрыва, расширению Вселенной и черным дырам.
Начав в 1970-е годы читать лекции в МТИ, я не мог не уделять больше внимания красоте и эмоциональности физики, чем ее деталям, которые все равно не задержались бы надолго в головах студентов. В каждой теме я старался по мере возможности соотносить материал с собственным миром студентов, то есть пытался помочь им увидеть то, о чем они никогда не думали, но что постоянно находилось в поле их зрения. Всякий раз, когда ученики задают мне какой-то вопрос, я обязательно говорю, что он отличный. Самое последнее, что должен делать учитель, – это заставлять ученика чувствовать, что он глуп, а преподаватель умен.
В моем курсе по электричеству и магнетизму есть один очень ценный для меня момент. На протяжении большей части курса мы постепенно, шаг за шагом, подходим к уравнениям Максвелла, потрясающе элегантным описаниям взаимосвязи электричества и магнетизма – разными аспектами одного и того же явления, электромагнетизма. В способе соединения этих уравнений друг с другом содержится невероятная внутренняя красота. Они неделимы и вместе представляют собой единую теорию поля.
Так вот, я проецирую эти четыре прекрасных уравнения на разные экраны на всех стенах лекционного зала. «Смотрите на них, – говорю я студентам. – Вдыхайте их. Позвольте им проникнуть в ваш мозг. Только раз в жизни вы увидите все четыре уравнения Максвелла так, чтобы оценить их во всей полноте, красоте и тесной взаимосвязи. Больше это никогда не повторится. И вы уже никогда не будете прежними. Вы только что потеряли девственность». Чтобы ознаменовать этот великий день в жизни студентов и отпраздновать интеллектуальную встречу на высшем уровне, я приношу в аудиторию шестьсот нарциссов – по одному для каждого студента.
Студенты часто пишут мне много лет спустя, давно забыв детали уравнений Максвелла, что помнят тот день нарциссов, которыми я отметил их переход к новому способу восприятия мира. С моей точки зрения, это и есть преподавание на самом высоком уровне. Для меня гораздо важнее, что студенты помнят красоту того, что они тогда увидели, чем то, смогут ли они через пару лет точно воспроизвести написанное профессором на доске. Важно не то, что вы рассказываете, а то, как вы это делаете!
Моя цель – заставить студентов полюбить физику и сделать так, чтобы они стали смотреть на мир по-другому – на всю оставшуюся жизнь! Я хочу расширять их кругозор, чтобы побудить их задавать вопросы, которые они никогда не задали бы ранее. Моя задача – разблокировать мир физики таким образом, что он соединился с реальным интересом студентов к окружающему миру. Вот почему я всегда стараюсь показать им лес, а не заставляю лазить вверх и вниз по каждому дереву. То же самое я пытался сделать и для вас в этой книге. И искренне надеюсь, что у меня получилось и вам понравилось наше путешествие в мир физики.
