Мозг Брока. О науке, космосе и человеке

В Revue d’Anthropologie за 1880 г. есть полная библиография трудов Брока. Среди их названий, которые я позже просмотрел, я обнаружил кое-что, связанное с увиденной мной коллекцией: «О черепе и мозге убийцы Лемэра» (On the Cranium and Brain of the Assassin Lemaire), «Представление мозга взрослой гориллы-самца» (Presentation of the Brain of a Male Adult Gorilla), «О мозге убийцы Превоста» (On the Brain of the Assassin Prevost), «О предполагаемом наследовании случайных характерных особенностей» (On the Supposed Heredity of Accidental Characteristics), «Ум животных и правило людей» (The Intelligence of Animals and the Rule of Humans), «Отряд приматов: анатомическое сходство между людьми и обезьянами» (The Order of the Primates: Anatomical Parallels between Men and Apes), «Происхождение искусства добывания огня» (The Origin of the Art of Making Fire), «О двойнях-уродах» (On Double Monsters), «Обсуждение микроцефалии» (Discussion on Microcephalics), «Доисторическое трепанирование» (Prehistoric Trepanning), «О двух случаях развития дополнительных пальцев во взрослом возрасте» (On Two Cases of a Supernumerary Digit Developing at an Adult Age), «Головы двух новых каледонцев» (The Heads of Two New Caledonians) и «О черепе Данте Алигьери» (On the Skull of Dante Alighieri). Я не знал, где ныне покоится череп автора «Божественной комедии», но коллекция мозгов, и черепов, и голов, которые окружали меня, несомненно, берет свое начало в работах Поля Брока.

Брока был великолепным специалистом по анатомии мозга и провел важные исследования лимбической системы, ранее называемой rhinencephalon (обонятельный мозг), которая, как мы теперь знаем, тесно связана с человеческими эмоциями. Но Брока в наши дни, возможно, лучше всего известен благодаря открытию маленькой области в третьей извилине левой передней доли коры головного мозга – области, ныне известной как зона Брока. Членораздельная речь, как выяснилось, когда Брока сделал предположение на основе только фрагментарных доказательств, в значительной степени контролируется зоной Брока. Это было одним из первых открытий разделения функций левого и правого полушарий мозга. Но самое важное, это было одним из первых свидетельств того, что за определенные функции мозга отвечают его определенные области, что существует связь между анатомией мозга и тем, что мозг делает, деятельностью, иногда описываемой как «ум».

Ральф Холлоуэй – физический антрополог[7 - Физическая или биологическая антропология – отрасль естествознания, которая изучает строение человеческого тела, его происхождение, эволюцию и многообразие его форм. – Прим. ред.] в Колумбийском университете, чья лаборатория, как я представляю, должна напоминать лабораторию Брока. Холлоуэй делает из каучукового латекса слепки внутренней полости черепных коробок человека и родственных видов, живших ранее и живущих ныне, в попытке, опираясь на отпечатки на внутренней поверхности черепов, воссоздать, как выглядел мозг. Холлоуэй считает, что по черепу живого существа может сказать, присутствует ли в его мозге зона Брока, и он нашел доказательства возникновения зоны Брока у Homo habilis около 2 млн лет назад – как раз во время появления первых строений и первых инструментов. В этих ограниченных пределах его исследования подтверждают френологическую точку зрения. Вполне правдоподобно, что человеческая мысль и производство развивались вместе с членораздельной речью, и зона Брока может в очень реальном смысле быть одним из мест, где локализуется наша человечность, а также средством, с помощью которого можно проследить наши отношения с предками на их пути к человечности.

И вот части мозга Брока плавали в формалине прямо передо мной. Я мог различить лимбическую область, которую Брока изучал у других. Видел извилины на неокортексе[8 - Неокортекс – новая кора – новые области коры больших полушарий головного мозга, которые у низших млекопитающих только намечены, а у человека составляют основную ее часть. Осуществляет высший уровень координации работы мозга и формирование сложных форм поведения – сенсорное восприятие, выполнение моторных команд, осознанное мышление и у людей речь. – Прим. ред.]. Я даже мог различить серо-белую левую переднюю долю, в которой находилась собственно зона Брока, разлагающуюся и забытую в темном углу коллекции, которую основал сам Брока.

Было сложно удержаться от мысли, не находился ли Брока в каком-то смысле все еще там – его острый ум, скептическое выражение лица, резкая жестикуляция, когда он говорил, минуты спокойствия и нежности. Могло ли сохраниться в сплетении нейронов передо мной воспоминание о триумфальном моменте, когда он выступал перед всеми медицинскими факультетами (и своим отцом, переполненным гордостью), доказывая происхождение афазии? Об обеде с его другом Виктором Гюго? О прогулке лунным осенним вечером вдоль набережной Вольтера и по мосту Руаяль с женой, которая держала прелестный зонтик? Куда мы уходим, когда умираем? Поль Брока все еще здесь, в наполненном формалином сосуде? Возможно, отпечатки памяти разрушились, хотя существует убедительное доказательство, полученное в результате современных исследований мозга, что имеющаяся память дублируется и хранится в разных частях мозга. Станет ли возможным когда-нибудь в будущем, когда нейрофизиология заметно продвинется вперед, воссоздавать воспоминания или знания кого-то давно умершего? И будет ли это хорошо? Это будет значительным вмешательством в частную жизнь. Но это будет также своего рода фактическим бессмертием, поскольку – особенно для такого человека, как Брока – наш ум является главным показателем того, кто мы есть.

По особенностям этого заброшенного хранилища в Музее человека я был готов приписать тем, кто собрал коллекцию – в то время я не знал, что это был Брока, – явный сексизм, расизм, и шовинизм, и сильное сопротивление идее родства человека и других приматов. И отчасти это было правдой. Брока был гуманистом XIX в., но не был способен отбросить усвоенные предрассудки, человеческие социальные болезни своего времени. Он считал, что мужчины превосходят женщин, а белые – черных. Даже его заключение о том, что немецкие мозги не сильно отличаются от французских, служило лишь опровержением утверждения тевтонцев о более низком происхождении галлов. Но он пришел к выводу, что в физиологии мозга горилл и людей существует глубокое родство. Брока, в юности – основатель общества вольнодумцев, верил в важность свободного от ограничений исследования и прожил жизнь, преследуя эту цель. Его неспособность соответствовать этим идеалам в конечном счете показывает, что тот, кто так же не ограничен в свободной погоне за знаниями, как Брока, все равно может стать жертвой в массе своей присущей респектабельным слоям узости взглядов. Общество портит лучших из нас. Немного несправедливо, я считаю, критиковать человека за то, что он не разделял просвещенных взглядов более поздней эпохи, но также крайне печально, что такие предрассудки были распространены повсеместно. Возникает волнующий вопрос: какую традиционную истину нашей эпохи следующее поколение будет считать непростительной узостью взглядов? Единственное, что мы можем вынести из урока, который Поль Брока непреднамеренно нам преподал, – подвергнуть сомнению, глубоко и серьезно, наши собственные твердые убеждения.

Эти забытые банки и их жуткое содержимое собирались, по крайней мере отчасти, из гуманистических побуждений, и, возможно, на каком-то этапе будущего продвижения в изучении мозга они снова окажутся полезными. Мне было бы интересно узнать немного больше о человеке с рыжими усами, который частично вернулся во Францию из Новой Каледонии.

Но окружающая обстановка, ощущение комнаты ужасов навевало другие непрошеные беспокойные мысли. В таком месте мы по меньшей мере испытываем приступ жалости к тем – особенно к тем, кто умер молодым и в мучениях, – которые так неподобающе увековечены. Каннибалы на северо-западе Новой Гвинеи используют уложенные друг на друга черепа вместо дверных косяков и иногда в качестве притолоки. Возможно, это самые удобные строительные материалы из доступных, но такие архитекторы не могут не осознавать, какой ужас вызывают их сооружения у ничего не подозревающих прохожих. Черепа использовались гитлеровской СС, Ангелами ада[9 - Ангелы ада (англ. Hells Angels) – один из крупнейших мотоклубов, имеющий свои филиалы по всему миру. – Прим. ред.], шаманами, пиратами и даже теми, кто рисовал этикетки для склянок с йодом в осознанном стремлении навести ужас. И недаром. Если я оказался в комнате, полной черепов, то поблизости, вероятно, есть кто-то – возможно, стая гиен, возможно, какой-то голодный и убежденный декапитатор-обезглавливатель, – чья профессия или хобби – собирать черепа. Таких людей нужно избегать или, если возможно, убивать. Покалывание волосков на задней стороне шеи, учащенное сердцебиение и повышенная частота пульса – эти странные неприятные ощущения были развиты в ходе эволюции, чтобы заставить меня бороться или убегать. Те, кто избежал обезглавливания, оставляют больше потомков. Такой страх дает эволюционное преимущество. Оказаться в комнате, полной мозгов, еще страшнее: как будто какой-то чудовищный монстр, вооруженный жуткими лезвиями и выскабливающими инструментами, шаркает и пускает слюну где-то на чердаке Музея человека.

Но все зависит, я считаю, от цели составления коллекции. Если цель заключается в том, чтобы узнать, были ли приобретены части человеческих тел post mortem[10 - После смерти (лат.). – Прим. ред.] – особенно с предварительного согласия тех, кому эти части когда-то принадлежали, – тогда не было нанесено особого вреда, и, возможно, в перспективе это пойдет во благо человечеству. Но я не уверен, что ученые полностью свободны от мотивов тех каннибалов из Новой Гвинеи. Они хоть не говорят: «Я живу с этими головами каждый день. Он не мешают. Почему ты такой брезгливый?»

Леонардо[11 - Леонардо ди сер Пьеро да Винчи (1452–1519) – итальянский художник (живописец, скульптор, архитектор) и ученый (анатом, естествоиспытатель), изобретатель, писатель, музыкант, один из крупнейших представителей искусства эпохи Возрождения, яркий пример «универсального человека». – Прим. ред.] и Везалий[12 - Андреас Везалий (1514–1564) – врач и анатом, лейб-медик Карла V, затем Филиппа II. Основоположник научной анатомии. – Прим. ред.] вынуждены были давать взятки и идти на уловки, чтобы впервые осуществить систематическое препарирование человека в Европе, хотя в Древней Греции существовала процветающая и компетентная школа анатомии. Первым человеком, который определил, опираясь на анатомию нервной системы, местоположение человеческого ума в голове, был Герофил[13 - Герофил (ок. 300 до н. э.) – древнегреческий анатом и хирург. Первым стал проводить систематические вскрытия трупов человека для изучения анатомии. Считал, что центром нервной системы является головной мозг. – Прим. ред.] из Халкидона, который добился успеха около 300 г. до н. э. Он также первым отделил двигательные нервы от чувствительных и провел самое всеобъемлющее исследование анатомии мозга, предпринятое до Ренессанса. Безусловно, были те, кто возражал против его ужасных экспериментальных склонностей. Существует скрытый страх, высказанный в легенде о Фаусте, что некоторые вещи человеку «не должно» знать, что некоторые исследования слишком опасны. И в наш век разработка ядерного оружия, если нам не повезет или мы не будем благоразумны, может оказаться случаем точно такого рода. Но что касается экспериментов на мозге, наши страхи менее интеллектуальные. Они уходят глубже в наше эволюционное прошлое. Они вызывают образы диких кабанов и разбойников, которые терроризировали путешественников и деревенское население в Древней Греции прокрустовым ложем[14 - Прокруст – прозвище разбойника, который обманом заманивал в свой дом путников, укладывал их на свое ложе и тем, кому оно было коротко, обрубал ноги, а кому было велико, ноги вытягивал. – Прим. ред.] или другой жестокостью, пока какой-нибудь герой – Тесей или Геркулес – не разделывался с ними. Эти страхи в прошлом имели адаптивную функцию и были полезны. Но я считаю, что в настоящем они являются в основном эмоциональным багажом. Как ученому, который писал о мозге, мне было интересно обнаружить, что такое отвращение скрывается внутри меня и что оно проявилось во время изучения коллекции Брока. С этими страхами стоит бороться.

Все исследования несут в себе некоторый элемент риска. Нет гарантии, что Вселенная будет соответствовать нашим предрасположенностям. Но я не знаю, как мы можем взаимодействовать со Вселенной – и внешней, и внутренней, – не изучая ее. Лучший способ избежать нападок – просвещать широкую публику, чтобы она понимала последствия таких исследований. В обмен на свободу исследований ученые обязаны объяснять свою работу. Если наука считается закрытым сообществом, обычному человеку слишком сложно ее понять и опасность нападок окажется выше. Но, если наука будет вызывать интерес широкой публики – если и ее успехи, и социальные последствия будут обсуждаться постоянно и на профессиональном уровне в школах, прессе и за обеденным столом, – у нас будет больше шансов узнать, каков мир на самом деле, и улучшить и его, и нас. Я иногда думаю, что эта идея все еще может находиться, притупленная формалином, в мозге Брока.

Глава 2

Можем ли мы познать Вселенную?

Размышления о крупинке соли

Ничто не обладает такими богатствами, как неиссякаемая сокровищница природы. Она показывает нам только то, что находится на поверхности, но глубина ее – миллион саженей.

    Ральф Уолдо Эмерсон

Наука – это, скорее, образ мышления, нежели совокупность знаний. Ее задача заключается в том, чтобы понять, как функционирует мир, обнаружить, какие существуют закономерности, разглядеть взаимосвязи – на уровне элементарных частиц, из которых состоит вся материя, живых организмов, социального сообщества людей и космоса в целом. Наша интуиция – ненадежный проводник. Наше восприятие могут искажать знания, полученные в процессе обучения, предубеждения или просто ограниченность наших органов чувств, которые, конечно, воспринимают непосредственно, но лишь малую часть природных явлений. Даже на такой простой вопрос, как «что падает быстрее – фунт свинца или грамм пуха при отсутствии силы трения», Аристотель и почти все ученые до Галилея отвечали неправильно. Наука основывается на эксперименте, на готовности поставить под сомнение старую догму и увидеть Вселенную такой, какая она есть на самом деле. Соответственно, иногда наука требует мужества – по меньшей мере мужества поставить под сомнение традиционные знания.

Кроме того, наука предполагает размышления о чем-либо: о форме облаков и об их наблюдающихся время от времени четко очерченных нижних краях, расположенных на одинаковой высоте по всему небу; об образовании капли росы на листьях; о происхождении имени или слова – скажем, Шекспир или филантроп; об истоках социальных обычаев – запрета инцеста, например; о том, почему линзы могут воспламенять бумагу на солнце, почему трость так похожа на ветку, почему, когда мы идем, кажется, что луна следует за нами; что мешает нам выкопать яму до центра Земли; как определить, где низ на сферической Земле; как организм превращает вчерашний обед в сегодняшние мышцы и сухожилия и как далеко простирается вверх – Вселенная тянется бесконечно или, если нет, то имеет ли смысл вопрос, что находится за ее краем? Некоторые из этих вопросов довольно простые. Остальные, особенно последний, – загадки, которые не может разгадать никто даже в наши дни. Эти вопросы естественны. Так или иначе, они задавались в любой культуре. Почти всегда предлагаемые ответы бывают в духе «Сказок просто так» (Just So Stories)[15 - «Сказки просто так» (Just So Stories) – книга сказок Р. Киплинга. Сказки были впервые опубликованы в 1902 г. В них в шутливой форме говорится о появлении тех или иных явлений окружающего мира. Как правило, посвящены тому, как некоторое конкретное животное поменяло свой первоначальный облик в результате действий человека или сказочного существа. – Прим. ред.], попытки объяснить не связаны с экспериментами или хотя бы сравнительными наблюдениями.

Но научный склад ума изучает мир критически, как будто существует много альтернативных миров, как будто здесь могут находиться другие вещи, которых здесь нет. Тогда мы вынуждены задаваться вопросом, почему здесь находится то, что мы видим, а не что-то другое. Почему Солнце, Луна и планеты имеют сферическую форму? Почему не пирамиды, или кубы, или двенадцатигранники? Почему у них не бывает неправильной, неупорядоченной формы? Почему планеты настолько симметричны? Если вы будете какое-то время строить гипотезы, проверять, имеют ли они смысл, соответствуют ли они тому, что мы знаем, продумаете исследования, которые бы подтвердили или опровергли ваши гипотезы, вы займетесь наукой. И если вы будете практиковать этот навык размышлений все больше и больше, у вас будет получаться все лучше и лучше. Проникая в суть вещей – даже таких маленьких, как травинки, как сказал Уолт Уитмен[16 - Уолт Уитмен (1819–1892) – американский поэт, публицист, реформатор американской поэзии. В сборнике стихов «Листья травы» (1855–1891) идеи об очищающей человека близости к природе приняли космический характер. – Прим. ред.], – мы испытываем то радостное возбуждение, которое, возможно, из всех живых существ на этой планете могут чувствовать только люди. Мы – разумный вид и получаем удовольствие от мыслительного процесса. В этом отношении мозг как мышца. Когда мы много думаем, мы чувствуем себя хорошо. Понимание – это разновидность экстаза.

Но до какой степени мы можем на самом деле познать Вселенную вокруг нас? Иногда люди задают этот вопрос в надежде получить отрицательный ответ, боясь Вселенной, в которой однажды все может стать изведанным. И иногда мы слышим заявления ученых, с уверенностью утверждающих, что все, что стоит знать, вскоре будет известно – или даже уже известно. При этом они рисуют картины эры Дионисия[17 - Эрой Диониса называют счет лет от Рождества Христова. Принятие новой эры было предложено папой Иоанном I (523–526). По его заданию архивариус, скифский монах Дионисий Малый в 525 г. проводил вычисления дней празднования христианской Пасхи и составил Пасхалии на 95 лет. Дионисий не располагал никакими данными о точном времени рождения Иисуса Христа, эта дата была принята им условно. Дионисий вычислял год рождения Христа посредством расчетов, не имеющих ничего общего с наукой. – Прим. ред.] или полинезийской эры, когда жажда делать открытия иссякла, сменившись подавленной апатией, и праздные мечтатели пьют ферментированное кокосовое молоко или какие-нибудь другие слабые галлюциногены. Мало того, что эта точка зрения очерняет полинезийцев, которые были отважными исследователями (и чья краткая передышка в раю в наши дни прискорбно закончилась), а также метод стимулирования мозговой активности с помощью некоторых галлюциногенов, она попросту ошибочна.

Давайте займемся гораздо более скромным вопросом: не тем, можем ли мы познать Вселенную, или галактику Млечный Путь, или звезду, или мир. Можем ли мы познать до конца крупинку соли? Рассмотрим один микрограмм столовой соли – крупинку, которую едва может разглядеть без микроскопа человек с хорошим зрением. Такая крупинка соли состоит приблизительно из 1016 атомов натрия и хлора – единица и 16 нулей, 10 млн миллиардов атомов. Если мы хотим познать крупинку соли, мы должны знать по крайней мере пространственное расположение каждого из этих атомов. (На самом деле нужно знать гораздо больше – например, природу сил, связывающих между собой атомы, – но мы делаем только приблизительные вычисления.) Итак, это число больше или меньше того количества вещей, которые может знать мозг?

Сколько мозг может знать? В мозгу около 1011 нейронов – тех элементов цепи и переключателей, чья электрическая и химическая деятельность отвечает за функционирование нашего мозга. У обычного нейрона мозга тысячи маленьких проводов, которые называются дендритами и соединяют его с другими нейронами. Если каждый бит информации в мозгу соответствует одной из этих связей, общее количество вещей, которые знает мозг, составляет не более 1014, то есть сто триллионов. Но это число – только один процент количества атомов в нашей крупинке соли.

Так что в этом смысле Вселенная не поддается познанию. На этом уровне мы не можем понять крупинку соли, а тем более Вселенную.

Но давайте посмотрим на наш микрограмм соли более внимательно. Соль – это кристалл, в котором, если в структуре кристаллической решетки нет изъянов, расположение каждого атома натрия и хлора строго предопределено. Если бы мы могли уменьшиться и погрузиться в этот кристаллический мир, мы бы увидели ряды атомов, расположенных в установленном порядке, постоянно чередующиеся элементы – натрий, хлор, натрий, хлор, – образующие слой атомов, на котором мы бы стояли, и все слои над и под нами. В абсолютно чистом кристалле соли положение каждого атома могло бы определяться примерно 10 битами информации[18 - Хлор – смертельно опасный ядовитый газ, который применялся на полях сражений в Европе в Первую мировую войну. Натрий – агрессивный металл, который горит при взаимодействии с водой. Вместе они образуют безвредный и неядовитый материал, столовую соль. Почему каждое из этих веществ имеет такие свойства, объясняет наука, которая называется химия, но, чтобы в ней разобраться, 10 битов информации недостаточно. – Прим. авт. (Далее в книге, там, где не указано иначе, примечания – авторские.)]. Обработка этого объема информации легко доступна нашему мозгу.

Если бы к Вселенной были применимы те же законы природы, которые управляют кристаллом соли, тогда, разумеется, Вселенную можно было бы познать. Даже если бы было множество таких законов и каждый был достаточно сложным, люди могли бы понять их все. Даже если бы подобное знание превысило способность мозга обрабатывать информацию, мы могли бы хранить дополнительные сведения вне наших тел – в книгах, например, или в компьютерной памяти, – но все же, в каком-то смысле, познать Вселенную.

Вполне понятно, что люди стремятся обнаружить закономерности, законы природы. Поиск правил – единственный возможный способ понять такую огромную и сложную Вселенную – это и есть наука. Вселенная заставляет тех, кто живет в ней, стремиться понять ее. Те, кто считает повседневный опыт беспорядочной совокупностью событий, которые нельзя спрогнозировать и которыми нельзя управлять, находятся в серьезной опасности. Вселенная принадлежит тем, кто по крайней мере в какой-то степени понял ее.

Как ни удивительно, но законы природы действительно существуют. Это правила, которые удобно обобщают – не только качественно, но и количественно – то, как функционирует мир. Представим Вселенную, в которой нет таких законов и где, так же как и в нашей, 1080 элементарных частиц, ее образующих, ведут себя как им заблагорассудится. Чтобы понять такую Вселенную, нам бы потребовался мозг по крайней мере такого же размера, как она сама. Вряд ли бы в такой Вселенной могли бы существовать жизнь и умственная деятельность, потому что и живым существам, и мозгу требуется некоторая внутренняя стабильность и порядок. Но даже если бы в гораздо более хаотичной Вселенной существовали создания с разумом, превосходящим наш, в ней не могло бы быть много знаний, сильных чувств или радости.

К счастью для нас, мы живем во Вселенной, по крайней мере важные части которой можно познать. Наш разум и история эволюции подготовили нас к пониманию повседневного мира. Однако, когда мы сталкиваемся с другими реалиями, здравый смысл и интуиция оказываются очень ненадежными проводниками. Поразительно, но, если мы будем двигаться близко к скорости света, наша масса будет увеличиваться до бесконечности, наша толщина будет стремиться к нулю в направлении движения и время для нас почти остановится – настолько, насколько мы захотим. Многие думают, что это глупо, и раз в неделю или две я получаю от кого-нибудь письмо с жалобой на это. Но это фактический результат не просто эксперимента, а блестящего анализа космоса и времени, проведенного Альбертом Эйнштейном и названного «специальная теория относительности». Не важно, что эти эффекты кажутся нам необоснованными. Мы не часто путешествуем со скоростью, близкой к световой. Свидетельство нашего здравого смысла недостоверно на высоких скоростях.

Или рассмотрим отдельно взятую молекулу в форме гантели, состоящую из двух атомов, – это может быть и молекула соли. Такая молекула вращается вокруг оси, соединяющей два атома. Но в мире квантовой механики, пространстве чрезвычайно малом, не все направления вращения нашей молекулы возможны. Скажем, молекула может вращаться только в горизонтальном или вертикальном положении, но не под каким-то другим углом. Некоторые направления вращения запрещены. Запрещены чем? Законами природы. Вселенная устроена таким образом, что ограничивает, или квантует, вращение. В повседневной жизни мы с этим непосредственно не сталкиваемся: было бы удивительно, а также неудобно, если в положении сидя мы могли бы только расставить руки в стороны или вытянуть вверх, а все промежуточные позиции были бы невозможны. Мы не живем в мире малых величин, размер которого составляет 10–13 сантиметров, в пространстве, где между десятичным разрядом и единицей двенадцать нулей. Наш здравый смысл не принимается в расчет. А что принимается в расчет, так это эксперимент: в данном случае наблюдения спектров молекул в дальней инфракрасной области. Они показывают, что вращение молекулы квантуется.

То, что мир накладывает ограничения на возможности людей, удручает. Почему нам недоступны промежуточные вращательные позиции? Почему мы не можем путешествовать быстрее скорости света? Но пока мы только можем сказать, что так устроена Вселенная. Такие запреты не только добавляют нам смирения; они также дают возможность познать мир. Каждое ограничение соответствует закону природы, организации Вселенной. Чем больше ограничений наложено на то, что могут делать материя и энергия, тем больше знаний могут получить люди. Возможность познать Вселенную до конца зависит не только от того, сколько законов природы регулируют столь разнообразные явления, но также от того, открыты ли мы для восприятия и достаточно ли у нас умственных способностей, чтобы понять такие законы. Наши формулировки закономерностей природы, безусловно, зависят от того, как устроен наш мозг, но и в значительной степени от того, как устроена Вселенная.

Что касается меня, мне нравится Вселенная, которая включает много того, что неизвестно, и в то же время много того, что известно. Вселенная, в которой все известно, была бы статичной и скучной, такой же унылой, как рай некоторых слабоумных теологов. Вселенная, которую нельзя познать, – неподходящее место для мыслящего существа. Идеальная Вселенная для нас очень похожа на ту, в которой мы обитаем. И я бы сказал, что это не просто совпадение.

Глава 3

Этот мир, который манит, как освобождение

Чтобы наказать меня за презрение к авторитетам, судьба сделала меня авторитетом.

    Альберт Эйнштейн

Альберт Эйнштейн родился в Ульме, Германия, в 1879 г., всего лишь столетие назад. Он принадлежит к числу тех избранных, кто в любую эпоху переделывает мир благодаря особому дару, таланту воспринимать старое по-новому, бросать вызов традиционному мышлению. В течение многих десятилетий он оставался святой и почитаемой фигурой, единственным ученым, имя которого мог назвать практически каждый человек. Отчасти благодаря своим достижениям в науке, которые люди смогли постичь, по крайней мере в какой-то степени, отчасти благодаря мужественной позиции по социальным вопросам и отчасти благодаря своим душевным качествам Эйнштейн вызывал восхищение и уважение по всему миру. Для детей, интересующихся наукой, чьи родители были иммигрантами, или тех, кто вырос во времена Великой депрессии, как я, почтение, которое оказывалось Эйнштейну, свидетельствовало о том, что существуют такие люди, как ученые, что научная карьера не полностью безнадежна. Он невольно стал образцом для подражания в научной сфере. Если бы не было Эйнштейна, многие молодые люди, которые стали учеными после 1920 г., возможно, никогда бы и не узнали о существовании научной деятельности. Логическая закономерность, лежащая в основе специальной теории относительности Эйнштейна[19 - Специальная теория относительности (СТО) – теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света. – Прим. ред.], могла быть выведена веком раньше, но, хотя исследования в этом направлении и велись, относительность ждала Эйнштейна. Все же, по сути, физические основы специальной теории относительности очень просты, и многие важнейшие выводы можно получить, зная лишь алгебру на уровне средней школы и представляя движение лодки, плывущей вверх и вниз по течению. Кроме того, Эйнштейн занимался насущными проблемами своего времени, разработками в сфере образования, прослеживал связи между наукой и политикой. Гениальная и ироничная, его жизнь служила наглядным примером того, что люди могут в конечном счете изменить мир.

Детство Эйнштейна не предвещало ничего подобного. «Мои родители, – вспоминал он впоследствии, – волновались из-за того, что я начал говорить сравнительно поздно, и они даже ходили к врачу… Мне было в то время… как минимум, года три». Он не был прилежным учеником в начальной школе, где учителя напоминали ему сержантов-инструкторов по строевой подготовке. В юности Эйнштейна европейское образование отличалось напыщенным национализмом и академической строгостью. Он восставал против скучных автоматических методов преподавания. «Мне было лучше выдержать любое наказание, чем механически зазубривать материал». Эйнштейн всегда ненавидел поборников строгой дисциплины в сфере образования, в науке и в политике.

В пять лет он заинтересовался загадкой компаса. А в 12 лет, как он писал позже, «я обнаружил второе чудо совершенно другой природы в маленькой книжке по евклидовой планиметрии… Там были утверждения, как, например, про пересечение трех высот треугольника в одной точке, которые – хотя и они вовсе и не были очевидны – тем не менее можно было доказать с такой определенностью, что не возникало никаких сомнений. Эта ясность и определенность произвели на меня неописуемое впечатление». Формальное обучение в школе только препятствовало таким размышлениям. Эйнштейн писал о своем самообразовании: «В возрасте 12–16 лет я ознакомился с элементами математики и с принципами дифференциального и интегрального исчисления. Мне повезло найти книги, в которых логические выкладки не приводились с достаточной строгостью и подробностями, но это компенсировалось тем, что главные мысли были изложены ясно и кратко… Мне также посчастливилось узнать основные результаты и методы целой области естественных наук в отличном научно-популярном изложении, которое почти всегда ограничивалось качественными аспектами… сочинение, которое я читал, забывая дышать». Современные популяризаторы науки могут найти некоторое утешение в этих словах.

Его учителя, видимо, не распознали талант. В мюнхенской гимназии Луитпольда, ведущей средней школе города, один учитель сказал ему: «Ты никогда ничего не достигнешь, Эйнштейн». В пятнадцать лет ему настоятельно рекомендовали покинуть школу. Учитель заметил: «Само твое присутствие подрывает уважение класса ко мне». Он принял это предложение с удовольствием и много месяцев путешествовал по северной Италии, где в 1890-х гг. находили пристанище те, кто бросил учебу. В течение всей жизни он предпочитал неформальную одежду и манеру поведения. Если бы он был подростком в 60-е или 70-е гг. XX в., а не в 90-е гг. XIX в., люди, придерживающиеся традиционных взглядов, почти точно назвали бы его хиппи.

Но его интерес к физике и размышления о природе Вселенной вскоре перевесили его отвращение к формальному образованию, и он подал документы, не имея аттестата об общем среднем образовании, в Высшую техническую школу в Цюрихе, Швейцария. Провалив вступительные экзамены, он записался в швейцарскую среднюю школу, чтобы восполнить свои пробелы, и был принят в Высшую техническую школу на следующий год. Но все равно он был посредственным студентом. Он отвергал установленный учебный план, избегал посещения лекций и пытался следовать своим истинным интересам. Позже он писал: «Главной трудностью, конечно, было то, что приходилось впихивать весь этот хлам в голову для экзаменов, нравилось тебе это или нет».

Ему удалось закончить институт только потому, что его близкий друг Марсель Гроссман прилежно посещал занятия и делился записями с Эйнштейном. После смерти Гроссмана много лет спустя Эйнштейн написал: «Я помню наши студенческие дни. Он – безукоризненный студент, я – неорганизованный мечтатель. Он в хороших отношениях с учителями и разбирается во всем, я – пария, попрекаемый и нелюбимый… Затем конец нашей учебы – я, внезапно отверженный всеми, стою в растерянности на пороге жизни». Погрузившись в записи Гроссмана, он смог закончить колледж. Но, как он вспоминал, подготовка в выпускным экзаменам «так отталкивала меня, что… я целый год испытывал отвращение к любым научным проблемам… Это почти чудо, что современные методы обучения не полностью подавили святое любопытство исследований, потому что в чем это нежное маленькое растение нуждается больше всего, кроме первоначальной стимуляции, так это в свободе; без нее оно точно завянет… Я считаю, что можно даже лишить здорового хищника аппетита, если заставлять его при помощи кнута есть постоянно, голоден он или нет…». Его замечания должны отрезвлять тех, кто занимается высшим образованием в области естественных наук. Подумать только, сколько потенциальных Эйнштейнов перестали заниматься наукой из-за конкурсных экзаменов и насильственного вскармливания знаниями в соответствии с учебным планом.

Эйнштейна не брали на те должности, которые он хотел, и ему приходилось перебиваться случайными подработками. Но вскоре он начал работать экспертом по заявкам в швейцарском патентном бюро в Берне – возможность, предоставленная посредством ходатайства отца Марселя Гроссмана. Почти в то же время он отказался от немецкого гражданства и стал гражданином Швейцарии. Три года спустя в 1903 г. он женился на своей возлюбленной из колледжа. Почти ничего не известно о том, какие патентные заявки Эйнштейн одобрял, а какие нет. Было бы интересно, стали ли какие-нибудь из предложенных патентов стимулом для его разработок в области физике.

Один из его биографов, Банеш Хоффман, пишет, что в патентном бюро Эйнштейн «вскоре научился эффективно выполнять свои рутинные обязанности, и это позволило ему выкраивать драгоценное время для тайных вычислений, которые он стыдливо прятал в ящик, когда приближались чьи-то шаги». Таковыми были обстоятельства рождения великой теории относительности. Но Эйнштейн позже с ностальгией вспоминал патентное бюро как «тот мирской монастырь, где я выносил мои самые прекрасные идеи».

Иногда он говорил коллегам, что должность смотрителя маяка была бы подходящим занятием для ученого, потому что работа была бы сравнительно простая и позволила бы предаваться размышлениям, необходимым для того, чтобы проводить научные исследования. «Для Эйнштейна, – говорил его соавтор Леопольд Инфельд, – одинокая жизнь на маяке была бы наиболее стимулирующим занятием, освободила бы его от многочисленных обязанностей, которые он ненавидит. На самом деле это была бы для него идеальная жизнь. Но почти каждый ученый думает иначе. В моей жизни то долгое время, когда я был лишен научной атмосферы и мне не с кем было поговорить о физике, было проклятием».

Эйнштейн также считал нечестным зарабатывать деньги, преподавая физику. Он утверждал, что физику намного лучше обеспечивать себя каким-то другим простым и честным трудом и заниматься физикой в свободное время. Когда Эйнштейн сказал что-то подобное много лет спустя в Америке, он мечтательно произнес, что хотел бы работать водопроводчиком, и сразу же получил почетное членство в профсоюзе водопроводчиков.

В 1905 г. Эйнштейн опубликовал четыре исследовательские работы – результат свободного времени в швейцарском патентном бюро – в ведущем журнале по физике того времени Annalen der Physik. В первой он показал, что свет ведет себя и как частица, и как волна, и объяснил ранее непонятную фотоэлектрическую эмиссию, при которой тела испускают электроны при облучении светом. Во второй он исследовал природу молекул, объясняя хаотическое броуновское движение взвешенных малых частиц. А в третьей и четвертой он представил специальную теорию относительности и впервые сформулировал известное уравнение E = mc2, которое так широко цитируется и так редко понимается.

Это уравнение выражает преобразование материи в энергию, и наоборот. Оно расширяет закон сохранения энергии до закона сохранения энергии и массы, утверждая, что энергию и массу нельзя ни создать, ни уничтожить – хотя одна форма энергии или материи может быть преобразована в другую форму. В этом уравнении E обозначает энергию, эквивалентную массе m. Количество энергии, которое можно при идеальных обстоятельствах извлечь из массы m, составляет mc2, где с – это скорость света, равная 30 млрд см/с. (Скорость света всегда пишется строчной с, а не прописной.) Если мы измеряем m в граммах и c – в сантиметрах в секунду, E измеряется в единице энергии, которая называется эрг. Полное превращение одного грамма массы в энергию таким образом высвобождает 1 ? (3 ? 1010) 2 = 9 ? 1020 эрг, что эквивалентно взрыву приблизительно тысячи тонн тротила. Такие огромные энергетические ресурсы содержатся в крохотных количествах материи; если бы мы только знали, как извлечь эту энергию. Ядерное оружие и атомные электростанции – распространенные земные примеры наших несовершенных и этически неоднозначных попыток извлечь энергию, которая, как показал Эйнштейн, присутствует во всей материи. Термоядерное оружие, водородная бомба, – устройство ужасающей силы, но даже оно способно извлечь менее одного процента mc2 из массы m водорода.

Четыре работы Эйнштейна, опубликованные в 1905 г., могли стать впечатляющим результатом исследовательской работы физика, посвятившего этому всю свою жизнь; для одного года работы в свободное время 26-летнего швейцарского патентного клерка это просто поразительно. Многие историки науки назвали 1905 г. Annus Mirabilis– годом чуда. До этого был со сверхъестественным совпадением только один такой год в истории физики – 1666-й, когда Исаак Ньютон в возрасте 24 лет в вынужденной сельской изоляции (из-за эпидемии бубонной чумы) дал объяснение спектральной природе солнечного света, изобрел дифференциальное и интегральное исчисления и вывел универсальный закон гравитации. Вместе с общей теорией относительности, впервые сформулированной в 1915 г., работы 1905 г. представляют собой основной результат научной жизни Эйнштейна.

До Эйнштейна среди физиков бытовало мнение, что существуют незыблемые системы координат, такие как абсолютное пространство и абсолютное время. Отправная точка исследований Эйнштейна заключалась в том, что все системы координат – все наблюдатели, каким бы ни было их расположение, скорость или ускорение, – видят фундаментальные законы природы одинаково. По-видимому, на точку зрения Эйнштейна на системы координат повлияли его социальные и политические установки и его сопротивление жесткому шовинизму, с которым он столкнулся в Германии в конце XIX в. И в самом деле, в этом смысле идея относительности стала антропологическим трюизмом, и социологи вывели идею культурного релятивизма, которая заключается в том, что существует много различных социальных контекстов и мировоззрений, этических и религиозных принципов, выраженных различными человеческими сообществами, и степень обоснованности большинства из них вполне сопоставима.

Специальная теория относительности поначалу не была принята. Попытавшись еще раз начать научную карьеру, Эйнштейн подал уже опубликованную работу по относительности в Бернский университет в качестве примера своих исследований. Очевидно, он считал ее значительным исследованием. Она была отклонена как невразумительная, и ему пришлось оставаться в патентном бюро до 1909 г. Но его опубликованная работа не осталась незамеченной, и постепенно некоторых ведущих европейских физиков осенило, что Эйнштейн может оказаться одним из величайших ученых своего времени. Все же его работа по относительности вызывала большие сомнения. В рекомендательном письме для Эйнштейна на должность в Берлинском университете один ведущий немецкий ученый утверждал, что теория относительности была гипотетическим сценарием, кратковременным заблуждением и что, несмотря на это, Эйнштейн действительно первоклассный мыслитель. (Нобелевская премия, о которой он узнал во время визита в Ориент в 1921 г., была присуждена ему за исследование фотоэлектрического эффекта и «другие вклады» в теоретическую физику. Теория относительности все еще считалась слишком спорной, чтобы ее упоминать отдельно.)