13
Будь проще

Ехидный комментарий появляется и исчезает без всяких объяснений, и ни Оккам, ни его цирюльнические инструменты больше не упоминаются. Но независимо от того, слышали ли вы выражение раньше или нет, вы можете догадаться из контекста, о чем говорит Шелдон: что-то вроде «выбери наиболее вероятный ответ». Принцип, к которому он обращается, иногда формулируется следующим образом: «Не следует множить сущности без необходимости». Это часто упрощается до «Не мудри» или «Будь проще», но на самом деле значение гораздо тоньше. «Бритва Оккама» – это проверенное правило, но не закон. Это напоминание о том, что, когда мы пытаемся установить связь между двумя сущностями или событиями, нужно начинать с исследования самых простых и очевидных объяснений.

Наблюдение учит нас, что в большинстве случаев вещи, которые между собой не связаны, на самом деле не связаны. Например, вы решите определить завтрашнюю температуру воздуха. Вы можете принять во внимание такие показатели, как сегодняшняя температура, средняя температура воздуха на данный сезон и условия в других точках планеты, потому что они все покажутся связанными с вашими подсчетами. Но вы, возможно, не станете включать в рассмотрение такие моменты, как сколько времени вы проводите на прогулке, какая партия лидирует в Сенате или вылавировали ли 33 корабля, которые лавировали, потому что навряд ли завтрашняя температура будет зависеть от этих вещей. И если вдруг эта зависимость обнаружится, вы точно захотите узнать, с какой стати.

Нужно время, чтобы привести гипотезу к релевантной причине, основанию и следствию, но этот процесс подвода невероятно важен. Основание признается необходимым и достаточным, когда оно достаточно велико для создания нужного эффекта – ударение на слове «достаточно». Если можно обойтись меньшим, тогда что-то из предложенного основания лишнее; если вам нужно больше, значит, его недостаточно.

Достижения точной картины истины без лишних деталей придает гипотезе определенную элегантность. Хотите сделать комплимент ученому? Просто скажите: «Боже, какая элегантная гипотеза!»

Нерелевантные детали не всегда симметричны. Прохлада воздуха никак не будет зависеть от того, как бысто вы идете, как и быстрота вашего темпа не зависит от прохлады в воздухе. Ваша скорость меняется независимо от температуры. (Но вы-то теплокровные; а вот, как заметил Шелдон, если бы ящерицы делали прогноз погоды, они бы говорили «Наденьте свитер, на улице медленно».)

Поскольку законы, которые управляют нашей Вселенной, имеют тенденцию не вмешиваться в дела других, простейшее описание реальности обычно близко к правде, нравится нам это или нет. (И нам часто это не нравится. В первом варианте пилота «Теории Большого взрыва», который так и не показали, прототип Пенни под именем Кейти с кислым лицом выслушивает список неудачных решений, которые она сделала в жизни, из уст Леонарда. Когда она спрашивает в конце, означает ли, что и она глупа, раз это ее глупые решения, он в ответ мямлит: «Ну… обычно простейшее решение оказывается верным» .)

Иногда то, что кажется осложнением, оказывается упрощением. Вы можете подумать, что раз яблоко падает на Землю, а Луна нет, то ими управляют разные законы: один для предметов, которые падают на Землю, таких как яблоки, и другой – для тех, что не падают, таких как Луна.

• Почему падает яблоко? Потому что Земля тянет его вниз.

• Почему не падает Луна? Потому что Земля, типа, не тянет?

Но это же не так. Сэр Исаак Ньютон применил принцип «бритвы Оккама» и понял, что яблоко падает, а Луна не падает по одной причине, а не по разным. В обоих случаях причиной является гравитация. Разница лишь в том, что яблоко относительно неподвижно, а Луна движется в сторону от Земли на большой скорости – как бы мчится мимо нас. Без гравитации, которая притягивает ее к нам, постоянно превращая ее прямой путь в кривую, она бы продолжила свой нескончаемый путь в космос (см. главу 21). Ньютон открыл закон всеобщего притяжения, а не саму гравитацию, как принято думать (как будто, пока он не появился, яблоки не падали или люди этого не замечали).

Почему же ответ ускользал от всех до того самого момента? Потому что все задавали неправильный вопрос. Вместо того чтобы спрашивать «Поскольку Луна высоко над Землей, почему она не падает так же, как яблоко?», нужно было спрашивать «Поскольку Луна находится в движении, почему она не летит с криком в пустоту, как ребенок в конце цепочки играющих в ”Щелкни, кнут“ ?».

• Почему падает яблоко? Потому что Земля тянет его вниз.

• Почему Луна не улетает в космос? Потому что Земля тянет ее вниз.

Та же причина, тот же закон.

Многие явления, которые кажутся независимыми друг от друга, на самом деле взаимосвязаны, а то, что кажется сложным взаимодействием, часто оказывается очень простым. Вы можете восторгаться забавной деталью, что Луна всегда поворачивается только одной стороной к нам, когда она крутится вокруг Земли. За время, необходимое Луне, чтобы повернуться вокруг своей оси, – чуть меньше месяца, она поворачивается один раз вокруг Земли в том же направлении. Это похоже на борца сумо, который ходит кругами, не поворачиваясь спиной.

Вам не нужно искать сложных объяснений, потому что эти два физических явления тесно связаны; более того, одно является причиной другого. Миллиарды лет назад скорость вращения Луны не совпадала со скоростью оборота. Кто или что бы то ни было, что бродило по Земле в то время, могло посмотреть вверх и увидеть разные стороны Луны в разное время.

Но масса Луны не распределена равномерно; у нее есть более легкая и более тяжелая сторона. Если бросить резиновую уточку в ванну с водой, то она вначале попрыгает и покувыркается на воде, пока сила притяжения не успокоит ее на поверхости тяжелым основанием вниз (обычно) или вверх (очень редко). То же самое произошло с Луной, и теперь она плавает вокруг Земли, обращая к нам вниз одну и ту же сторону. С другой стороны, некоторые параметры кажутся взаимосвязанными, когда на самом деле это не так. Луна и Солнце кажутся с Земли одного размера, настолько, что во время солнечного затмения Луна может почти полностью закрыть Солнце. Вы можете подумать, что за этим скрывается какая-то значимая причина, но это просто совпадение окружностей и расстояний. Солнце просто в 400 раз шире Луны и в 400 раз дальше от нас.

В свои юные годы Луна была ближе к Земле, чем она сейчас, и легко могла закрывать Солнце. Когда она стала отступать, она уменьшилась в размерах, и вот через миллиарды лет нам кажется, что Солнце гораздо больше Луны. Через какое-то время Солнце раздуется и будет казаться еще больше. (Со временем оно поглотит и Луну и Землю, и всему придет конец.) Мы просто оказались во времени, когда Солнце и Луна кажутся с Земли примерно одного размера. Это просто совпадение. Честное слово.

Нужна некая сноровка, чтобы правильно обращаться с «бритвой Оккама». В первую очередь, не всегда ясно, какое из двух возможных описаний действительности обладает меньшими элементами. Что более вероятно: что все, что вы видите, слышите и чувствуете существует, или что ваш мозг просто плавает в чане с химикатами, а суперкомпьютер заставляет его «думать», что он видит, слышит и чувствует? (Хоть построить такой компьютер достаточно сложно, это все равно проще, чем создать целую Вселенную, не так ли?) Или как вам это: ДНК – это то, что производят люди, чтобы получить больше людей, или люди – это продукт ДНК, чтобы получить больше ДНК? (Наш эгоцентричный взгляд на мир подсказывает первый вариант, но второй гораздо более вероятный с точки зрения эволюции.)

И иногда простейшее объяснение совсем не верно. Эволюция оставила очень много лишней информации в нашей ДНК. Если бы вы стали разрабатывать дизайн человека с чистого листа, вы, возможно, смогли бы найти более элегантную систему кодирования его генетического профиля. Но ваш простой и элегантный вариант не сошелся бы с действительностью.

Оккам это знал. (Речь, конечно, не о суперкомпьютерах и ДНК.) Он не говорил: «Простейшее решение всегда верно». Он говорил: «Сделайте себе одолжение и начните с простого. Не втягивайте сложные решения, пока в них не возникнет абсолютная необходимость. Послушайте советов Торо: проще, нужно все делать проще». (Не то чтоб Оккам читал Торо, конечно.)

Простое объяснение должно быть простым с начала до конца, а непросто на поверхности. Ничто не мешает формированию произвольного количества вещества в помойное ведро (или в женщину из удивительно заумной физической шутки Пенни) , но шансы такого поворота событий ничтожно малы. Чуть более вероятно, что через пять секунд все молекулы воздуха вокруг вас вдруг улетят на три метра влево. Физическое описание обоих этих явлений будет несложно составить, но вот гораздо сложнее будет обосновать такое явление («А как насчет пришельцев, манипулрующих молекулами с помощью луча?»), и всякое объяснение с неэлегантной гипотезой будет под подозрением.

История (скорее всего выдуманная) о том, чтобы избегать ненужных усложнений, касается французского математика Пьера-Симона, маркиза де Лапласа. Когда его отчитал Наполеон за публикацию сложного трактата о математических законах, управляющих Вселенной, в которой ни разу не был упомянут Создатель, Лаплас якобы чопорно ответил: «Сир, у меня не было необходимости в этой гипотезе».

Имя Оккам относится к английскому философу XIV века Вильяму, который был родом из Оккама, города неподалеку от Лондона. Бритва – это метафора, обозначающая тонкую линию между необходимым и ненужным усложнением.

Что касается «бритвы Оккама»:

1) она появилась раньше Вильяма из Оккама, 2) он никогда не говорил о ней словами, которые чаще всего цитируются, 3) когда он их говорил, он имел в виду вопросы теологии, а не науки.

Вот вам и слава.

Без сомнения, эта история, которая даже сегодня может вызвать возмущение, очень сильно приукрашена. Если Лаплас и позволил себе комментарий на тему сверхестественного, то только чтобы опровергнуть предположение Ньютона о том, что божественный механизм требует периодической настройки со стороны Некто (не Создателя, а кого-то вроде небесного Настройщика). Этот спор уже длится веками: усложняет ли или упрощает положение вещей признание божественной сути. Этот спор лежит в корне борьбы Шелдона со взглядами его матери на жизнь:

Мэри: Мы в Техасе молимся перед принятием пищи…

Мэри: Ну вот, нетрудно же было?

Шелдон: Мои возражения были основаны не на сложностях процесса, а на убеждениях .

Не то чтобы у науки были ответы на все вопросы. В настоящее время у нас есть целый ряд физических констант, которые кажутся не связанными друг с другом – или по крайней мере до сих пор они просто сопротивляются всяческим попыткам упрощения. Свет проходит сквозь вакуум с определенной скоростью, и никто не знает почему. Электороны обладают определенным зарядом и массой, и никто не знает почему, но эти величины кажутся абсолютно не связанными со скоростью света в вакууме. Гравитационное поле вокруг определенной массы обладает определенной силой, и никто не знает почему, но никаких связей не прослеживается между зарядом, или массой электоронов, или скоростью света в вакууме. И так далее.

Было определено около 20 этих основополагающих констант. У каждой есть определенная величина, и никто не знает почему. И никто не нашел способ, как извлекать константы из остальных или как превращать одну в другую. Мы надеемся, что все они каким-то образом взаимозависимы и что мы когда-нибудь сможем это выяснить. Но в настоящий момент для нас они так же связаны друг с другом, как вторник, фиолетовый и Аляска.

Тем временем мы можем рассматривать их отдельно, что делает законы, применяемые к ним, очень простыми. Но это также означает, что мы пользуемся большим количеством не связанных между собой физических законов – один для скорости света, один для заряда электронов, один для их массы и так далее, – что делает общую картину Вселенной более сложной.

А нужно ли разбавлять все эти законы в один большой суперзакон? Природа уже и так подталкивает нас в эту сторону, открывая некоторые удивительные исключения из правила Оккама. Атомный век показал нам связь между массой и остальными величинами, которые нам хочется считать независимыми от нее: энергией (из известной формулы Эйнштейна), временем (из общей относительности) и температурой (из черных дыр). Есть еще и проблема квантовой гравитации. Чтобы проанализировать поведение супермалых объектов, которые не очень массивны, вполне годятся законы квантовой физики; чтобы проанализировать супермассивные объекты, которые не очень-то малы, годятся законы гравитации. Но когда речь заходит о суперплотных материях (и супермалых и супермассивных), то два набора этих законов уже не справляются. Черные дыры являются примером чего-то, что может быть очень плотным. Еще одним примером может быть сама теория Большого взрыва (не сериал, а сама теория): явление, при котором все было собрано в кучу, долго ничего не происходило, и вдруг («почти 14 миллиардов лет назад) все сделало большой «бум», и получилась Вселенная.

Если правда, что Большой взрыв был первым, что произошло во Вселенной, тогда то, что привело к взрыву, все равно должно было произойти до него? Но тогда что привело к этому событию? Наука для того и существует, чтобы понять причины всего, но тем не менее Большой взрыв остается эффектом без причины. Одним эта версия Зарождения кажется образцом простоты; для других это антитеза. Кому-то нравится думать, что что-то настолько огромное и сложное, как наша Вселенная, основано на фундаменте из ничего, а кому-то хочется верить в обратное. Оба лагеря могут считать, что Оккам на их стороне.

Принимается ли во внимание принцип «бритвы Оккама» или нет, до некоторых причин, таких как происхождение жизни, было тоже не так легко докопаться. Наше нежелание сомневаться в доказательствах, которые мы видим своим несовершенным глазом, ответственно за долголетие таких наивных верований, как самозарождение, явление, при котором жизнь зарождается из неживых материалов . Эта идея появилась раньше Аристотеля и была отвергнута только в 1850-х годах в большей степени благодаря работе Луи Пастера. И эта ошибка оправдана. Нет ничего более неживого, чем кусок навоза, до тех пор пока из него не появляются очень живые навозные жуки. Как из чего-то столь неживого вдруг появляется такой рог изобилия жизни? 

Сейчас-то мы знаем, что навозные жуки появляются из тех яиц, которые их мамочки незаметно отложили в навозе. Яйца навозного жука ничтожно малы, поэтому мы можем простить наших предков за то, что они не заметили, как они выходят из живых жуков, и наоборот. И пока мы говорим об этом, давайте их также простим за то, что они не знали, что вызывало у них сенную лихорадку, чуму и что заставляло расти пушистую поросль на старых продуктах. И теперь, когда мы ощущаем это сладкое превосходство над предками, давайте остановимся на минутку и подумаем, что, может, они были в чем-то правы насчет самозарождения. Однажды каким-то образом где-то во Вселенной жизнь таки возникла из неживого материала.

Можешь ли ты разрубить это своей бритвой, Оккам?

Теория (Шелдон) и эксперимент (Леонард) работают рука об руку. Когда эксперимент заходит в тупик, теория всегда может вдохновить на новый шаг; когда теория не сходится, можно всегда зайти покопаться в лаборатории. Но они редко работают синхронно. Многие научные изыскания часто остаются полностью теоретическими (черные дыры, пространственно-временные туннели, темная энергия и другая подобная экзотика не хранится в лабораторских шкафчиках, все исследования чаще всего проводятся на бумаге), тогда как другие никак не хотят вписываться ни в какие объяснения, несмотря на массу экспериментальных данных (наши точнейшие измерения скорости света позволили нам ответить на все вопросы, кроме одного – почему).

Еще один выходец из Калтеха, Матильда Марколли, физик и математик, также не гнушается поэзией и сюрреализмом. Она восхищается тем, как все четыре сферы пользуются конкретными терминами, чтобы резюмировать и выразить абстрактные концепции. Она начинала с изучения классических языков и написала не только несколько учебников, но и также несколько романов, рассказов, пьесу и коллекцию лирической прозы, иллюстрированную собственными «математическими уличными граффити».

Этот междисциплинарный подход Марколли дает ей очень мощное орудие. Например, чтобы разобраться с пробелами в понимании Большого взрыва, она предлагает необычные гипотетические сценарии ранней Вселенной, а затем использует математические вычисления, чтобы проверить, какой из них мог бы привести к устройству такой Вселенной, как мы видим сейчас. Или она признает, что какой-то определенный физический процесс демонстрирует то, что раньше было сугубо математической концепцией. В таких случаях более глубокое физическое исследование иногда помогает лучше понять математическое представление.

Ее работа может помочь нам подойти ближе к давней мечте физиков: «теории всего» – описанию реальности, которое поможет объединить все физические законы в один элегантный суперзакон. Это сложная задача, над которой работал Эйнштейн, пока не закончилось его время. Под «теорией всего» все физические константы, которые кажутся совершенно не связанными между собой (скорость света, сила притяжения и электромагнетизма, масса электрона и так далее), будут пониматься как взаимосвязанное проявление одной общей причины, совсем как яблоко и Луна, которые, как мы знаем, совсем не подчиняются разным законам.

Один элегантный закон, чтобы описать жизнь, Вселенную… и все, все, все. Один закон, чтоб править всеми. Вильям Оккамский был бы очень доволен.

Позже, в том же самом эпизоде с «бритвой Оккама», Шелдон пытается выразить свое мнение с помощью презрительного вопроса: «Хотите сказать, что яблоко, упавшее на голову Ньютона, просто анекдот?»  Ну конечно, Шелдон, анекдот. Нет никаких подтверждений о том, что Ньютон получил яблоком по голове, разве что в переносном смысле.

Почему Шелдон этого не знает? Его поведение в тот момент слишком иррационально, возможно, его перевозбуждение заставляет его быть временно дезинформированным об истории науки. Но Леонард, который полностью контролирует свое состояние, тоже ведет себя так, будто он верит в историю про яблоко, попавшее в голову.

Один из биографов Ньютона однажды цитировал его пример с падающим яблоком при описании силы притяжения, а другой сказал, что вид падающего яблока навел его на мысль о гравитации, но ни один из них не упомянул случай избиения яблоком.

В поместье семьи Ньютона по-прежнему растет яблоня, хоть и сильно искореженная, с которой как раз и упало то самое яблоко. С нее до сих пор падают яблоки (но не так далеко они катятся). Она вполне была способна вдохновить Ньютона без всякого нападения.

Ну не кажется ли вам, что кто-то столь умный, чтобы изобрести матанализ, способен разобраться и в работе силы притяжения без вмешательства наливного.