Эпилог. Будущее понимания

Какое же будущее нашего понимания мира сулит нам перст Галилея? Головокружительный взлет достигнутый за несколько последних веков, особенно за век, только что прошедший, не проявляет никаких признаков ослабевания. Итак, куда же он ведет?

Наука выглядит так, как если бы она была полубесконечной. Высказывая это осторожно сформулированное мнение, я имею в виду, что оптимист имеет определенные основания подозревать, что поиски финальной теории, получившей неудачное самоосуждающее название «общая теория всего», ОТВ как основания физики, придет к успешному завершению, но что ветвление и приложения науки бесконечны. Конечно, в каждом веке встречаются рассеянные здесь и там осколки этого взгляда, высвечиваемые и поднимаемые на смех беспощадным светом последующего прогресса. Однако современные признаки являются иными, и оптимисты — а оптимизм является той чертой, которой следовало бы стать общей характеристикой личности всех ученых — могут указать на существенную разницу между глашатаями близкого завершения науки в девятнадцатом веке и ими же в двадцать первом.

Ученый девятнадцатого века, попадавший в мир технических новинок все возрастающей сложности и всех масштабов, от крошечного до распростертого на всю страну, видел объяснение как прибор. Для них обетованной землей финального понимания было конструирование машины, которая имитировала бы результаты наблюдений для того, чтобы они могли постигать приборы. Как мы увидим позднее, эта точка зрения не совсем исчезла из современной науки, но теперь ученые считают, что объяснение-как-прибор является наивным взглядом на конец понимания. Любой прибор сам состоит из приборов на более малых масштабах: разумеется, все, что имеет свойства, является составным прибором. Электрон, с его массой, зарядом и спином, является в этом смысле прибором, в котором предполагается некоего рода структура, обеспечивающая его этими базовыми характеристиками.

Из века приборов мы переместились в век абстракции. Сегодня ученые двадцать первого столетия верят, что глубинная структура Вселенной может быть выражена только на языке математики и что любые попытки привязать математику к визуализуемым моделям чреваты опасностями. Абстракция теперь является именем игры, современной парадигмы понимания. Любая финальная теория, если такая может существовать, вероятно, должна быть чисто абстрактным отчетом о фундаментальной структуре мира, отчетом, который мы можем усвоить, но не понять.

Это точка зрения, что мы мы можем усвоить, но не понять ее, возможно, является чересчур радикальным взглядом. Люди являются приверженцами объяснительной математики, особенно математики, используемой для поддержки физики, выраженной в обыденных терминах. Все время сознавая, что такая интерпретация чревата опасностями и неполнотой, они остаются тем не менее адептами математики интерпретирующей. Так, для создания умственной подпорки, можно вообразить спин электрона как вращение электрона, как кручение шара; но в глубине души мы знаем, что «спин» есть чрезвычайно абстрактный объект с характеристиками, которые нельзя вполне уловить с помощью этого классического образа, и, более того, классический образ вводит нас в заблуждение. Другим примером является теория струн, где мы делаем вид, что можем постичь то, что подразумевается под математическим понятием струны в многомерном пространстве, представляя себе ее как реальную струну, колеблющуюся в трех измерениях. Хотя финальная теория может быть в высшей степени абстрактной, мы вправе ожидать, что получим привычные, дающие пищу для размышлений, неточные образы ее содержания и что для авторов научно-популярных книг будет открыто бесконечное будущее для обнаружения новых, привлекательных способов сделать будущую финальную теорию легко усваиваемой.

Но что будем мы понимать под «финальной теорией»? Финальная теория не будет одним уравнением, которое, будучи решенным, объяснит каждое свойство и каждый процесс, существующие под Солнцем, да и само Солнце. Финальная теория будет комплексом понятий, погруженных в некоторый смысл — я не могу выражаться яснее, потому что ясность придет только задним числом — в позицию по отношению к базовым структурам материального мира. Чтобы дать вам понять, что я имею в виду, могу указать на неудачную, но будоражащую воображение попытку, предпринятую обладавшим великолепным воображением Джоном Уилером, который примерно полвека назад задался вопросом, не является ли содержимое предельной реальности собранием утверждений логики предикатов. Не возникла ли Вселенная, вопрошал он, когда случайные утверждения логики, перемешиваясь, вдруг пришли к самосогласованию? Не был ли Большой Взрыв взрывом становящейся логической самосогласованности? Или по-другому: не явилось ли творение актом возникновения его собственной потенциальной постижимости?

Конечно, этот уровень описания лежит ниже, глубже, чем описание современного взгляда в терминах струн и объединения квантовой теории и гравитации. Если считать гидом прошлое, мы можем быть уверены, что произойдут по крайней мере два глубоко важных сдвига парадигмы между современным состоянием и моментом появления финальной теории. Конечно, возможно (и будущие архивисты, если у них сохранится возможность читать наши печатные книги, определенно будут хихикать над наивностью этих слов), что мы вовлечены в бесконечный ряд парадигматических сдвигов и что к истинному пониманию всегда будет вести мощенная желтой брусчаткой дорога, убегающая за парадигматический горизонт. Это, вероятно, будет приятно философам, которые в глубине души пессимисты и будут получать удовольствие от перспективы попадания науки впросак, но это разочарует ученых, которые должны быть в глубине души оптимистами.

Один парадигматический сдвиг придет из объединения гравитации и квантовой теории, и признаки формы, которую он, вероятно, примет, уже существуют. Как уже отмечалось в главе 9, возникает точка зрения, что лишь реальные свойства пространства-времени обеспечивают существование связей между событиями. Существует также глубинная интерпретация квантовой теории, в которой все возможные варианты прошлого уже произошли, так что Вселенная на внутреннем уровне содержит много листов. Мы еще не можем вполне определять такие парадигматические сдвиги, и они открыты для технических возражений, поскольку у нас еще нет полной квантовой теории гравитации. Однако не может быть сомнения, что это будет сдвиг в нашем восприятии реальности, который произойдет внушающим благоговение, поразительным и пока едва различимым в тумане образом, так же, как изменила наше восприятие частная теория относительности, и так же, как изменила и продолжает изменять его квантовая теория. Если подвести итог событиям двадцатого века, то в нем были не только социальные перевороты (век в этом отношении не был исключительным), но были глубинные перевороты в нашем понимании самой ткани реальности, подобных которым не случалось со времен Коперника. В философии никогда не происходили подобные перевороты, несмотря на тысячелетия ее деятельности; в науке они происходят по крайней мере три раза в столетие, а будут происходить по крайней мере на один раз чаще, возможно, в два раза чаще и, возможно, в бесконечной последовательности.

Второй парадигматический сдвиг — мы претендуем на то, что он будет последним, но способа это узнать не существует — заставит нас шагнуть за пределы объединения квантовой теории и гравитации. Он поведет нас к основаниям физической реальности, и мы поймем, что такое быть частицей (устаревший термин, конечно), что такое быть силой, что такое быть зарядом, как возникают физические законы, почему мир таков, каков есть, и как видимая реальность может возникать из абсолютного ничто без вмешательства… и оказываться постижимой. Ни у кого нет ни малейшего понятия, какую форму может принять финальная теория, хотя легкие проблески различных возможностей просматриваются в теории струн, в умозрениях, подобных умозрениям Уилера, и фантастических спекуляциях, о которых я упомянул в конце главы 10. Все в чем мы можем быть уверены, это то, что когда финальная теория возникнет, мы сильно удивимся тому, какими мы были наивными.

Науке осталось решить всего две действительно глубинные проблемы, миллионы проблем второго ряда и неисчислимые триллионы проблем меньшей важности. Одной великой проблемой является проблема происхождения Вселенной; другой — природа сознания, наиболее загадочного из свойств материи. Происхождение Вселенной станет понятным, когда мы немного дальше продвинемся в современных теориях квантовой гравитации и частиц, и мы можем ожидать, что в нее войдут еще несколько крупных идей. Проблема сознания может оказаться совершенно иной, и вероятно, что она будет решена без развития больших идей о нем самом.

Во-первых, я подозреваю, что объяснение такого сложного явления, как сознание, не будет выражено «законом» в традиционном смысле этого слова. Мозг, единственный на сегодняшний день известный прибор, способный генерировать ощущение сознания, проявляет много видов активности и имеет области, в которых сконцентрированные в них определенные функции локализованы не полностью. Поэтому мы не можем ожидать, что его функции удастся выразить в одном, двух предложениях, пусть и состоящих лишь из математических формул. Я подозреваю, что понимание сознания будет достигнуто только тогда, когда мы преуспеем в его имитации. Эта точка зрения, безусловно, не отказывает в важности современному нейрологическому научному подходу к мозгу, включая физиологический, фармакологический и психологический подходы, поскольку нам надо знать в деталях, что необходимо включить в нашу имитацию. Но здесь следует проявлять осторожность, поскольку включать все, что обнаружено, нет необходимости, так же, как нет необходимости снабжать авиационные аппараты перьями или размещать мотор в их грудной клетке. Эта точка зрения не означает также, что распространенная в некоторых кругах современная мода основывать механизмы сознания на квантовых явлениях, происходящих, например, в микротубулах, не может быть сюда привлечена. Конечно, вероятен такой сценарий, что сначала мы получим сознание Типа 1 (как можно его назвать), создав прибор, имитирующий только классическую нейропсихологию, включая удивительную пластичность нейронных связей и утонченность химической мощи и передающей способности. Затем только мы перейдем к построению сознания Типа 2, создав прибор, использующий делокализованные квантовые эффекты того вида, который предлагают те, кто верит, что это неизбежно сопутствует сознанию. Тогда привлекательной задачей было бы выяснение того, что имитатор Типа 2 мог бы сделать (или думать, что может сделать) такого, чего не может сделать (или думает, что не может сделать) имитатор Типа 1. Если окажется, что, как подозреваю я, мы сами принадлежим к Типу 1, то ясно, что мы не опознаем отличные от наших достижения сознания Типа 2 как достижения сознания и спишем его со счета как ошибочное.

Коротко говоря, хотя «теория сознания», может быть, никогда не будет построена — разумеется, и само это понятие, возможно, неуместно, — весьма правдоподобно, что некоторая его имитация получена будет. Акт построения такого имитатора будет, в некотором смысле, достижением понимания природы сознания. Конечно, будет происходить нескончаемое исследование различий между природным сознанием того вида, которым обладаем мы, и имитируемым видом. Мы никогда не будем вполне уверены, подобно ли искусственное сознание во всех отношениях естественному, или мы просто создали что-то еще, чего никогда не поймем. Возможно, единственные пришельцы, которых мы когда-либо встретим, будут созданы нами самими. Мы можем оставить будущим поколениям этические проблемы, связанные с правами этих искусственно сотворенных, но чувствующих не-существ, их право на смерть, их право на специальное лечение, если они сломаются, возможность того, что будут клонировать их или накопленный ими опыт, возможность того, что у сознающих не-существ возникнут разные расы, которые будут находить друг друга неприемлемыми, что у индивидуальных имитаций или их племен появятся системы верований, которые начнут подрывать предполагавшуюся в них рациональность действий, а также вероятность того, что их интеллектам покажутся утомительными ужимки носителей человеческого сознания, и — после вынесения пессимистического, но реалистического вывода о тяжком бремени, которым для планеты является человечество — они примут соответствующие меры. Ясно, что тут открываются огромные просторы для путешествий новых Гулливеров.

Я коснулся сдвигов парадигм в науке. Существуют два из них, которые находятся очень близко от нашего дома, которые уже среди нас и стучатся в самое сердце науки.

С появлением компьютеров и их способности производить численные расчеты огромного объема с огромной скоростью, мы наблюдаем сдвиг от анализа — построения и решения уравнений — к численным расчетам. При использовании данного обстоятельства должным образом, это сдвиг плодотворен, поскольку он увеличивает богатство возможностей, находящихся в распоряжении ученых, которые теперь, вместо того чтобы разводить руками, когда теория подбрасывает им нерешаемые задачи, могут загружать эти задачи в компьютер и анализировать все их следствия. Мы теперь знаем, что совсем крошечные и с виду безобидные уравнения могут иметь чрезвычайные последствия. Нам остается лишь восхищаться этой мощью и нашей способностью распутывать их решения численными методами, ведь я по сути использовал в Прологе тот же критерий восхищения, когда рассматривал критерии, согласно которым идея признается великой.

Однако здесь существуют две опасности. Одна из них тривиальна: мы можем прибегнуть к численным расчетам, когда аналитическое решение может быть найдено при затрате несколько большего труда. Это лень, и хотя она вызывает сожаление у нас, возносившихся к красотам аналитических выражений, возможно, это не особенно важно. Вторая опасность глубже: обращение к численным решениям может удалить нас от понимания. Когда найдено аналитическое решение, мы можем достичь понимания результата, поскольку в принципе мы можем понять каждый шаг в цепочке аргументов, ведущих к решению. Когда же найден численный результат, у нас меньше промежуточных возможностей понимания между семенем (уравнением) и всходом, и мы не ощущаем, что этот результат является столь же важной частью нашего бытия, как и результат, получаемый шаг за шагом в процессе аналитического вывода. Тем не менее лучше получить численный результат, чем вообще никакого, и с течением времени мы будем находить это положение дел все более удобным, и обнаружим способы ассимиляции численных расчетов. Спасительным и привлекательным качеством таких расчетов является, конечно, тот чудесный способ, которым теперь можно воспользоваться, чтобы предъявить их содержание в графическом виде. В настоящее время мы находимся в середине перехода от созерцания красоты элегантных аналитических решений к созерцанию красоты элегантных изображений решений численных.

Второй сдвиг таков, что его надо считать чреватым гораздо более серьезной опасностью. В ряде мест этого текста я уже упоминал, что в определенных случаях наука осторожно освобождается от признака, который был ее основным ресурсом: реального эксперимента. Существуют определенные эксперименты, которые всегда будут выходить за рамки космологии, иногда потому, что они требуют энергии космических масштабов, а иногда потому, что мы, по-видимому, ограничены наблюдениями лишь одной предсуществующей Вселенной. В главе 6 я приводил теорию струн, в качестве примера теории, которая выглядит не поддающейся экспериментальной проверке.

Существуют по крайней мере две реакции на это освобождение от возможности провести эксперимент. Одна состоит в том, чтобы считать все такие непроверяемые теории находящимися за пределами науки и не принимать их более в качестве указателей истины, как и любое из сообщений Аристотеля. Здесь Галилей укоряюще и предостерегающе качает своим перстом. Это занимательная интеллектуальная деятельность, но не наука. Некоторые определенно придерживаются такой точки зрения на теорию струн. Другие, с гораздо меньшими основаниями, думают то же самое о теории естественного отбора. Альтернатива состоит в том, чтобы считать науку созревшей до такой степени, что непроверяемые теории с осторожностью могут рассматриваться как имеющие силу. Так, если теория объясняет массы фундаментальных частиц и предсказывает трехмерность мира, то ей можно приписать «почетную» обоснованность, несмотря даже на то, что нету никакого известного теоретического или практического способа ее проверки. Такая позиция должна была считаться неприемлемой, когда корпус научных знаний был недостаточным, но теперь — постольку, поскольку это не влечет противоречий с изобилием известных фактов — мы, вероятно, можем с осторожностью признать обоснованность таких непроверяемых теорий. Теперь Галилей подымает свой палец, призывая к осторожности. Если мы настаиваем на верифицируемости, как безусловно имеют право поступать научные пуристы, то ценой, которую придется платить, может быть прекращение научного прогресса в направлении исследования первоосновы; это аргумент, конечно, неприменим к приложениям науки, где, как можно предположить, никогда не будет позволено урезать роль эксперимента на подобном основании.

Я использовал термин «верифицируемость». Это привело меня в соприкосновение с широко известной точкой зрения Карла Поппера, гласящей, что теории никогда не бывают верифицируемыми в прямом смысле этого слова, но должны быть «фальсифицируемыми», если претендуют на то, чтобы их считали научными. То есть должен существовать эксперимент, один из мыслимых исходов которого в принципе мог бы показать, что эта теория ложна. Теория естественного отбора является фальсифицируемой (в противоположность тому, что думают некоторые), поскольку, например, как было отмечено в главе 1, она имеет следствия в молекулярной биологии. Общая теория относительности фальсифицируема, потому что, как мы видели в главе 9, она имеет следствия для движения объектов вблизи тяжелых тел, такие как прецессия орбиты Меркурия и отклонение света галактиками. Закон сохранения энергии и закон возрастания энтропии (первое и второе начала термодинамики) фальсифицируемы, потому что они имеют следствия, помимо прочего, для существования вечных двигателей.

Фальсифицируема ли теория струн? К настоящему моменту она еще слишком неопределенна и не способна дать достаточно хороших предсказаний для того, чтобы судить об этом. Но предположим, что это не так: предположим, что будущая версия М-теории примет форму, в которой предсказываются массы всех фундаментальных частиц, все значения фундаментальных констант и структура пространства-времени, но не предлагается абсолютно никакого иного эксперимента для независимой проверки. Теория не была бы фальсифицируемой, поскольку она точно предсказывала бы все известные фундаментальные свойства Вселенной, и я подозреваю, что мы сформировали бы мнение, согласно которому она является обоснованной и, разумеется, прославленной как апофеоз достижений науки.

Что же будут делать ученые, когда в один прекрасный день ОТВ будет создана и предскажет все известные свойства Вселенной? Некоторые обратят свой взгляд в других направлениях и приложат усилия к усовершенствованию полученной финальной теории. Это даст им работу на вечные времена, при условии, что цивилизация продолжит существование. Но найдутся, однако, и другие, те, кто будет обеспокоен проблемой самосогласованности финальной теории, ибо они будут иметь в виду теорему Гёделя и ее негативные последствия для возможности решения этой проблемы (глава 10). Те же, кого самосогласованность не волнует, будут не спать ночи в тревоге о том, что невозможно доказать единственность финальной теории. Они даже могут обнаружить внешне совершенно иную общую теорию всего, которая будет иметь в точности те же самые следствия, но математический вид их будет не таким как в конкурирующей теории, а значит, их Вселенная будет совершенно отличной от того, что до сих пор о Вселенной предполагалось. Ну что ж, наука есть наука.