В последней главе я хочу более детально разобраться со странным положением дел, которое подметил еще Демокрит в своем знаменитом отрывке. С тем загадочным фактом, что, с одной стороны, наши представления об окружающем мире, полученные в повседневной жизни и выявленные в ходе тщательно спланированных лабораторных экспериментов, основываются исключительно на непосредственном чувственном восприятии, в то время как, с другой стороны, это знание не позволяет обнаружить взаимосвязей между чувственным восприятием и внешним миром, а следовательно, в сформированной нами картине или модели окружающего мира, построенной на наших научных открытиях, нет места чувственным качествам. Первая часть этого утверждения, на мой взгляд, известна каждому, вторую осознают реже, по той простой причине, что люди-неученые обычно благоговеют перед наукой и наделяют нас, ученых, способностью при помощи наших «сказочно утонченных методов» выяснить то, что по своей природе недоступно – и никогда не будет доступно – ни одному человеку.

Если спросить физика, что такое желтый свет, он ответит, что это поперечные электромагнитные волны с длиной волны около 590 нанометров. Если вы спросите, а как же цвет, он ответит: в моей картине он отсутствует, но когда эти вибрации достигают сетчатки здорового глаза, у его владельца создается впечатление желтого цвета. Продолжив расспросы, вы услышите, что волны различной длины создают впечатления различных цветов, однако не все, а лишь те, чьи длины лежат между 800 и 400 нм. Для физика инфракрасные (длиннее 800 нм) и ультрафиолетовые (короче 400 нм) волны мало отличаются от тех, чьи длины лежат между 800 и 400 нм, то есть воспринимаемых глазом. Откуда взялась эта необычная выборка? Очевидно, это адаптация к солнечному излучению, наиболее мощному в данном диапазоне длин волн, но ослабевающему по краям. Более того, по существу самое яркое цветовое ощущение – желтый цвет – приходится на тот отрезок (указанной области), в котором солнечное излучение достигает максимума.

Дальше мы можем спросить: только ли излучение с длинами волн в районе 590 нм дает ощущение желтого цвета? Вовсе нет. Если волны длиной 760 нм, которые сами по себе создают впечатление красного цвета, смешать в определенной пропорции с волнами длиной 535 нм, создающими впечатление зеленого цвета, эта смесь даст желтый цвет, неотличимый от того, что дают волны с длиной 590 нм. Два расположенных рядом поля, одно из которых освещено сочетанием волн, а другое – одной волной, выглядят совершенно одинаково, вы не сумеете их различить. Можно ли предсказать это на основании длин волн – существует ли численная связь с этими физическими, объективными характеристиками? Нет. Разумеется, была составлена эмпирическая карта всех подобных сочетаний, она называется цветовым треугольником. Однако она не связана простым способом с длинами волн. Не существует общего правила, по которому комбинация двух спектральных цветов дает средний между ними. Например, сочетание «красного» и «синего» с краев видимого спектра дает «пурпурный», которому не соответствует отдельная длина волны. Более того, вышеупомянутая карта, цветовой треугольник, немного меняется в зависимости от человека, в то время как у людей, страдающих аномальной трихромазией (но не цветовой слепотой), она совсем другая.

Объективная физическая картина световых волн не объясняет чувство цвета. Смог бы объяснить ее физиолог, если бы обладал более полным знанием о процессах, протекающих в сетчатке, и запускаемых ими процессах в зрительном нерве и головном мозге? Вряд ли. В лучшем случае нам удалось бы получить объективную информацию о том, какие нервные волокна возбуждаются и в какой степени. Может, мы даже выяснили бы, какие именно процессы они запускают в определенных клетках головного мозга всякий раз, когда сознание регистрирует желтый цвет в определенном направлении или области вашего поля зрения. Однако даже столь глубинные знания ничего не сообщат нам об ощущении цвета, например желтого: те же физиологические процессы вполне могут приводить к ощущению сладкого вкуса или чего-то иного. Я лишь хочу сказать, что можно не сомневаться: не существует нервного процесса, объективное описание которого включало бы характеристики «желтый цвет» или «сладкий вкус», точно так же, как их нет в объективном описании электромагнитных волн.

То же относится и к другим чувствам. Интересно сравнить восприятие цвета, какое мы только что рассмотрели, с восприятием звука. Обычно звук передается посредством акустических волн сжатия-растяжения, которые распространяются в воздухе. Длины, а точнее, частоты этих волн определяют высоту звука. (Обратите внимание: частота, а не длина, имеет физиологическое значение также и в случае световых волн, однако для них эти две характеристики практически взаимозаменяемы, поскольку мы не в состоянии заметить значимых различий в скорости распространения света в вакууме и в воздухе.) Излишне добавлять, что диапазон частот «слышимого звука» сильно отличается от «видимого света»; в первом случае он составляет от 12–16 до 20 000–30 000 колебаний в секунду, в то время как во втором – триллионы колебаний в секунду. Однако относительный диапазон для звука намного шире и охватывает около 10 октав (против едва ли одной для «видимого света»); более того, он зависит от человека и особенно от возраста: с приближением старости верхний порог заметно снижается. Но самым удивительным является факт, что в случае звука сочетание нескольких отдельных частот никогда не даст звук некой усредненной высоты, соответствующей одной усредненной частоте. Даже накладываясь друг на друга, высоты воспринимаются порознь, хотя и одновременно, особенно людьми с хорошим слухом. Добавка щедрой порции высоких нот («обертонов») различного качества и интенсивности дает то, что называют тембром (нем. Klangfarbe), по которому мы узнаем скрипку, рожок, церковный колокол, пианино… даже по одной ноте. У шумов тоже есть свой тембр, и по нему мы можем догадаться, что происходит. Моей собаке прекрасно знаком особенный шорох, с которым открывают некую жестянку, чтобы достать печенье. Во всех этих случаях соотношения сочетаемых частот имеют первостепенную важность. Если изменить их пропорционально, например проиграть грампластинку слишком медленно или быстро, вы все равно узнаете запись. Однако некоторые значимые особенности зависят от абсолютных частот определенных компонентов. Если слишком быстро проиграть граммофонную запись с человеческим голосом, гласные звуки претерпят заметное изменение; так, «a» в слове car будет звучать как «а» в слове care. Непрерывный диапазон частот всегда неприятен, будь он последовательным (сирена или воющая кошка) или одновременным (что могут воспроизвести разве что колонна сирен или стая воющих кошек). Данный случай совершенно отличается от восприятия света. Все цвета, какие мы воспринимаем в норме, получаются путем непрерывных сочетаний; непрерывный переход оттенков – на картине или в природе – порой кажется очень красивым.

Основные особенности восприятия звука хорошо известны благодаря строению уха, о котором мы имеем более обширное и надежное представление, нежели о химии сетчатки. Главным органом является улитка, закрученная костяная трубка, напоминающая панцирь морской улитки, крошечную винтовую лестницу, сужающуюся «кверху». Вместо ступеней (продолжим сравнение) поперек лестницы натянуты эластичные волокна, формирующие мембрану, толщина которой (или длина отдельного волокна) убывает от «подножия» к «вершине». Таким образом, подобно струнам арфы или пианино, волокна разной длины механически реагируют на колебания разной частоты. На некую частоту реагирует небольшой участок мембраны (а не одно волокно); на более высокую частоту реагирует другой участок, с более короткими волокнами. Механические колебания некой частоты должны возбуждать в каждом волокне соответствующего участка известные нервные импульсы, которые идут в определенные области коры головного мозга. Согласно общим представлениям, процесс передачи сигнала для всех нервов очень схож и различается только силой возбуждения. Она влияет на частоту импульсов, ее не нужно путать с частотой, в данном случае, звука (они не имеют ничего общего).

Картина не столь проста, как бы нам хотелось. Если бы ухо создавал физик, желавший наделить будущего обладателя способностью невероятно тонко различать собственную высоту и тембр, он бы взялся за дело иначе. Но, возможно, в итоге пришел бы к тому же самому. Было бы намного удобнее, если бы мы могли сказать, что каждая отдельная «струна», натянутая поперек улитки, реагирует только на одну индивидуальную частоту приходящих колебаний. Это не так. Но почему? Потому, что колебания этих «струн» быстро затухают. Что неизбежно расширяет диапазон их резонанса. Наш физик мог бы до определенной степени ослабить затухание. Но это привело бы к ужасающим последствиям: восприятие звука не прекращалось бы почти одновременно с исчезновением вызвавшей его волны, а длилось бы, пока не остановится слабо затухающий резонатор в улитке. Мы бы улучшили разрешение частот, пожертвовав разделением звуков во времени. Удивительно, как реальному механизму удается сочетать обе функции весьма достойным образом.

Здесь я углубился в детали, чтобы дать вам почувствовать: ни описание физика, ни описание физиолога не несут каких-либо признаков ощущения звука. Любое подобное описание заканчивается следующей фразой: эти нервные импульсы передаются в определенную область головного мозга, где регистрируются как последовательность звуков. Мы можем отследить изменения давления воздуха, создающие колебания барабанной перепонки; можем увидеть, как ее движения посредством цепочки крошечных косточек передаются на другую мембрану и, наконец, на участки мембраны в улитке, состоящей из описанных выше волокон различной длины. Мы можем понять, каким образом колеблющееся волокно запускает электрохимический процесс проведения сигнала по нервному волокну, с которым соприкасается. Можем последовать за этим сигналом в кору головного мозга и даже получить некую объективную информацию о том, что там происходит. Но нигде мы не встретим эту «регистрацию как звук», которой просто нет в нашей научной картине и которая присутствует лишь в сознании человека, чьи ухо и мозг мы обсуждаем.

Сходным образом можно рассмотреть ощущения прикосновения, холода и тепла, запаха и вкуса. Последние два, химические чувства, как их иногда называют (запах дает представление о газообразных веществах, вкус – о жидкостях), схожи со зрительным ощущением в том смысле, что бесконечному разнообразию возможных стимулов соответствует ограниченный набор чувственных качеств (в случае вкуса – горечь, сладость, кислота и соленость, а также их специфические сочетания). Полагаю, обоняние более разносторонне, чем вкус, особенно у животных, намного лучше различающих запахи по сравнению с человеком. Судя по всему, объективные характеристики физического или химического стимула, влияющие на восприятие, в значительной степени варьируют среди представителей царства животных. Например, видимый спектр пчел заходит далеко в ультрафиолетовую область; они – истинные трихроматы (а не дихроматы, как показали более ранние эксперименты, не учитывавшие ультрафиолет). Интересно отметить, что пчелы, как относительно недавно обнаружил фон Фриш, обладают странной чувствительностью к следам поляризации света, помогающим им ориентироваться по солнцу удивительно сложным образом. Для человека даже полностью поляризованный свет неотличим от обычного неполяризованного. Летучие мыши оказались чувствительными к высокочастотным колебаниям (ультразвуку), выходящим далеко за верхний предел человеческого слуха. Они производят их сами и используют в качестве «радара», чтобы избегать препятствий. Человеческое чувство тепла или холода проявляет странную особенность les extrêmes se touchent: случайно коснувшись очень холодного предмета, мы на мгновение можем решить, будто он горячий и обжег нам пальцы.

Около двадцати или тридцати лет назад химики в США открыли любопытное соединение, название которого я забыл. Это белый порошок, одним он кажется безвкусным, а другим – очень горьким. Данный факт вызвал большой интерес и повлек за собой обширные исследования. Оказалось, что способность быть «дегустатором» (данного конкретного вещества) является врожденной и не зависит ни от каких условий. Более того, она наследуется по законам Менделя, подобно группам крови. Как и в последнем случае, на первый взгляд у «дегустаторов» нет явных преимуществ или недостатков в сравнении с «недегустаторами». Одна из двух аллелей, полагаю, аллель «дегустатора», является доминантной в гетерозиготном состоянии. Мне кажется маловероятным, что это случайно открытое вещество уникально. Скорее всего, «различия во вкусах» – в прямом смысле общее правило!

Теперь давайте вернемся к случаю света и углубимся в то, как он получается и каким образом физики определяют его объективные характеристики. Полагаю, всем известно, что свет обычно производят электроны, в частности те, что находятся в атоме и «что-то делают» вокруг ядра. Электрон не является красным или синим – он вообще не имеет цвета. То же самое относится и к протону, ядру атома водорода. Однако если верить физикам, объединившись в атоме водорода, протон и электрон производят электромагнитное излучение с определенным дискретным набором длин волн. Если при помощи призмы или дифракционной решетки разделить это излучение на отдельные компоненты, у наблюдателя возникнет впечатление красного, зеленого, синего и фиолетового цвета – посредством неких физиологических процессов, общие особенности которых достаточно хорошо известны, чтобы утверждать, что в них нет ничего красного, или зеленого, или синего, что данные нервные элементы не проявляют никаких цветов в ходе возбуждения. Белый или серый цвет нервных клеток не зависит от стимуляции и определенно не имеет значения для восприятия цвета, каким сопровождается их возбуждение у их обладателя.

Тем не менее наши знания об излучении атома водорода и об объективных, физических свойствах этого излучения появились благодаря тому, что кто-то увидел эти окрашенные спектральные линии в определенных участках спектра раскаленных водородных паров. Это дало нам первое знание – но отнюдь не полное. Чтобы добиться последнего, нужно немедленно избавиться от чувственных ощущений, что мы и сделаем на данном показательном примере. Сам цвет ничего не говорит нам о длине волны; как мы видели раньше, скажем, желтая спектральная линия вполне может в физическом смысле оказаться не «монохроматической», а сложенной из волн с разными длинами, если только устройство нашего спектроскопа не исключает данный вариант. Он собирает свет определенной длины волны в определенном месте спектра. Этот свет всегда имеет один и тот же цвет, вне зависимости от источника. Однако восприятие его не дает прямых подсказок, позволяющих сделать вывод о физическом свойстве, а именно длине волны. Не буду даже упоминать нашу весьма посредственную способность различать оттенки, которая не удовлетворила бы физика. В теории ощущение синего цвета можно вызвать стимуляцией длинными волнами, а красного – короткими, хотя в действительности все наоборот.

Чтобы дополнить наши знания о физических свойствах света, исходящего из какого-либо источника, требуется особый спектроскоп. Разложение нужно осуществлять при помощи дифракционной решетки. Призма не годится, потому что вы заранее не знаете углов, под которыми она отражает волны разной длины. Они различны для призм из разных материалов. На самом деле, с призмой вы даже не сможете сказать, что сильнее отклоняется излучение с более короткими длинами волн, как оно и есть.

Теория дифракционной решетки намного проще теории призмы. Воспользовавшись основополагающим физическим предположением, что свет есть волновое явление, можно, измерив количество равноудаленных бороздок решетки на дюйм (обычно порядка нескольких тысяч), рассчитать точный угол отклонения для данной длины волны; и, соответственно, наоборот, можно установить длину волны на основании «постоянной дифракционной решетки» и угла отклонения. В определенных случаях, например при эффектах Зеемана и Штарка, некоторые спектральные линии поляризуются. К данному явлению человеческий глаз нечувствителен, поэтому, чтобы завершить физическое описание, нужно поставить на пути луча поляризатор (призму Николя), прежде чем разлагать его. Медленно вращающаяся вокруг своей оси призма Николя в определенных положениях гасит или приглушает до минимальной яркости линии, тем самым указывая направление (ортогональное лучу) их полной или частичной поляризации.

Разработав эту технологию, можно применить ее за рамками видимого диапазона. Спектральные линии раскаленных паров вовсе не ограничиваются видимым диапазоном, не имеющим физических рамок. Линии формируют протяженные, теоретически бесконечные серии. Длины волн в каждой серии соотносятся друг с другом согласно свойственному ей несложному математическому закону, который соблюдается на протяжении всей серии вне зависимости от того, какая ее часть лежит в видимом диапазоне. Эти серийные законы были изначально получены эмпирически, но теперь получили теоретическое обоснование. Разумеется, вне видимого диапазона человеческий глаз должна заменить фотографическая пластинка. Длину волн получают посредством прямых измерений: сначала – раз и навсегда – определяют постоянную дифракционной решетки, которая представляет собой расстояние между соседними бороздками (обратную величину числа бороздок на единицу длины), затем – положения линий на фотопластинке. На основании их, зная параметры прибора, можно вычислить углы отклонения.

Эти процессы хорошо известны, однако я хочу подчеркнуть два чрезвычайно важных момента, касающихся почти любого физического измерения.

Положение дел, о котором я здесь рассказал, часто описывают так: по мере уточнения методики измерения наблюдателя постепенно вытесняют все более сложные приборы. В данном случае это не соответствует действительности: наблюдателя не вытесняют постепенно, а заменяют сразу. Я пытался объяснить, что цветовое восприятие наблюдателя не дает ни малейших представлений о физической природе явления. Необходимо использовать приспособление для нанесения решетки и измерения определенных длин и углов, прежде чем мы сможем получить даже самую грубую качественную информацию о том, что называем объективной физической природой света, и о ее физических компонентах. И это существенный шаг. То, что впоследствии устройство постепенно усовершенствуется, оставаясь неизменным по сути, не имеет эпистемологического значения, сколь бы заметными ни были улучшения.

Второй момент заключается в том, что инструменты никогда не замещают наблюдателя полностью – в противном случае он бы не получил никакого знания. Он должен построить инструмент и – в процессе постройки или позднее – аккуратно измерить его размеры и проверить движущиеся части, например опорный рычаг, вращающийся на конической оси и смещающийся относительно круговой шкалы углов, чтобы убедиться, что они движутся правильно. Да, в случае некоторых измерений и проверок физику придется положиться на производителя прибора, однако данная информация в итоге сводится к чувственному восприятию некоего живого человека или людей, каким бы замысловатым ни было устройство, призванное облегчить работу. Наконец, воспользовавшись прибором для исследования, наблюдатель должен считать показания, будь то прямые значения углов или расстояний, измеренные под микроскопом, или расстояния между спектральными линиями, зарегистрированными фотопластинкой. Множество полезных устройств способны облегчить эту работу. Например, можно фотометрически считать прозрачность пластинки и получить увеличенную диаграмму с четко видимым расположением линий. Но их нужно рассмотреть! Рано или поздно чувствам наблюдателя придется взяться за дело. Самая аккуратная запись нам ничего не скажет, если ее не изучить.

Мы возвращаемся к этому странному положению дел. Прямое чувственное восприятие явления ничего не говорит нам о его объективной физической природе (или о том, что мы обычно называем этим термином), а потому должно быть с самого начала отброшено как неподходящий источник информации. Однако теоретическая картина, которую мы в конце концов наблюдаем, полностью зависит от сложного набора различных данных, полученных посредством прямого чувственного восприятия. Это восприятие основывается на данных, оно собирает их вместе – но нельзя сказать, что оно их содержит. Пользуясь этой теоретической картиной, мы обычно забываем о них, разве что в самом общем смысле помним, что наше представление о световой волне не является причудливой выдумкой, а основано на эксперименте.

Я с удивлением обнаружил, что это прекрасно понимал великий Демокрит, живший в V веке до н. э. и не знавший о физических измерительных устройствах, хотя бы отдаленно похожих на те, о которых я вам рассказал.

Гален сохранил для нас отрывок (Дильс, фр. 125), в котором Демокрит описывает спор интеллекта (διάνοια) с чувствами (αἰσθήσεις) о том, что «реально». Первый говорит: «Якобы существует цвет, якобы – сладость, якобы – горечь, а в действительности – лишь атомы и пустота», – на что последние отвечают: «Бедный интеллект, неужели ты надеешься победить нас, черпая у нас же свои доказательства? Твоя победа и есть твое поражение».

В этой главе я попытался при помощи простых примеров, предоставленных скромнейшей из наук, а именно физикой, сопоставить два общих факта: (а) все научное знание основывается на чувственном восприятии и (б) тем не менее сформированные таким образом научные представления о естественных процессах лишены каких-либо чувственных качеств, а следовательно, не могут их объяснить. Давайте подведем итоги.

Научные теории призваны помогать упорядочению наших наблюдений и экспериментальных открытий. Каждый ученый знает, насколько трудно запомнить даже ограниченный набор фактов, если на его основании не сформулирована хотя бы примитивная теоретическая картина. Неудивительно – и ни в коем случае не следует винить в этом авторов исходных статей или учебников, – что когда появляется приемлемая согласованная теория, авторы не представляют читателю голые факты, открытые ими, а принаряжают их в терминологию данной теории либо теорий. Процедура способствует упорядоченному запоминанию фактов, однако стирает различие между реальными наблюдениями и основанной на них теорией. А поскольку первые всегда являются результатом некоего чувственного восприятия, легко решить, будто теории объясняют чувственные качества, – чего они, разумеется, никогда не делают.