Эрвин Шредингер

Что такое жизнь?

Что такое жизнь?

Живая клетка как физический объект

На основе лекций, прочитанных при содействии Дублинского института перспективных исследований в Тринити-колледже, Дублин, в феврале 1943 г.

Памяти моих родителей

Предисловие

В начале 1950-х годов, будучи молодым студентом-математиком, я мало читал, но уж если читал, то в основном Эрвина Шредингера. Мне всегда нравились его работы, в них чувствовалось волнение открытия, сулившее действительно новое понимание загадочного мира, в котором мы живем. В этом смысле особенно выделяется короткая классическая работа «Что такое жизнь?», которую, как я теперь понимаю, непременно следует поставить в один ряд с самыми влиятельными научными трудами XX века. Она является мощной попыткой осознать настоящие тайны жизни – попыткой, сделанной физиком, чьи собственные проницательные догадки сильно изменили наше представление о том, из чего состоит мир. Мультидисциплинарность книги была необычной для своего времени, однако она написана с подкупающей, хотя и обезоруживающей скромностью на уровне, доступном неспециалистам и молодым людям, стремящимся к научной карьере. На самом деле, многие ученые, внесшие фундаментальный вклад в биологию, такие как Б. С. Холдейн[1] и Фрэнсис Крик[2], признавали, что на них оказали значительное влияние различные идеи, пусть и спорные, выдвинутые в этой книге вдумчивым физиком.

Как и многие другие работы, повлиявшие на человеческое мышление, «Что такое жизнь?» излагает точки зрения, которые, будучи усвоенными, представляются почти самоочевидными истинами. Тем не менее их по-прежнему игнорирует множество людей, кому следовало бы понимать, что к чему. Как часто мы слышим, что квантовые эффекты не имеют особого значения в биологических исследованиях или даже что мы потребляем пищу, чтобы получить энергию? Данные примеры подчеркивают непреходящую значимость книги Шредингера «Что есть жизнь?». Без сомнения, ее следует перечитать!

Роджер Пенроуз

8 августа 1991 г.

Введение

Предполагается, что ученый обладает полным и всеобъемлющим знанием о вещах, полученным из первых рук, а следовательно, не должен писать о том, в чем не является экспертом. Как говорится, noblesse oblige[3]. Сейчас я попрошу вас забыть про noblesse, если таковое имеется, и освободиться от соответствующих обязательств. Я оправдываю это следующим образом: от наших праотцев мы унаследовали сильное стремление к единому, всеохватывающему знанию. Само название высших образовательных учреждений напоминает нам, что с античных времен и на протяжении многих столетий наибольшее внимание уделялось аспекту универсальности. Однако рост – в ширину и глубину – различных ветвей знания в последние сто с небольшим лет заставил нас столкнуться со странной дилеммой. Мы отчетливо ощущаем, что лишь начинаем собирать надежный материал, из которого можно вывести общую сумму всех известных вещей. Но с другой стороны, теперь отдельный ум способен одолеть только небольшой, специализированный фрагмент знания.

Я вижу лишь один способ справиться с этой дилеммой (иначе наша истинная цель будет утрачена навеки): кто-либо должен взять на себя синтез фактов и теорий, даже полученных из вторых рук и неполных, рискуя выставить себя глупцом.

Таково мое оправдание.

Не следует недооценивать языковые сложности. Родной язык – как скроенная по фигуре одежда, и человек чувствует себя неуютно, когда лишается доступа к нему и вынужден пользоваться другим языком. Я хочу выразить благодарность доктору Инкстеру (Тринити-колледж, Дублин), доктору Патрику Брауну (колледж Святого Патрика, Мейнут) и – последнему по счету, но не по значению – мистеру С. К. Робертсу. Им было нелегко подогнать под меня новую одежду и убедить отказаться от «оригинальных» оборотов. Если часть их пережила редактуру моих друзей, это моя вина.

Заголовки разделов изначально должны были представлять собой краткое содержание, и текст каждой главы следует читать in continuo[4].

Э. Ш.

Дублин

Сентябрь 1944 г.

Менее всего свободный человек размышляет о смерти. В своей мудрости он размышляет не о смерти, а о жизни.

Спиноза. Этика. Ч. IV, положение 67

Глава 1

Классический физический подход к предмету

Я мыслю, следовательно, существую.

Р. Декарт

Общий характер и цель исследования

Эта небольшая книга родилась из цикла публичных лекций, прочитанных физиком-теоретиком перед аудиторией из четырехсот человек, которая не сократилась даже после изначального предупреждения о сложности предмета и о том, что лекции нельзя назвать популярными, хотя в них практически не используется самое ужасное оружие физика, математическая дедукция, – не потому, что данный предмет можно объяснить без привлечения математики, а просто он слишком запутан для полного математического описания. Другой особенностью, которая придавала лекциям некий популярный оттенок, было намерение лектора объяснить и биологам, и физикам фундаментальную идею, лежащую на стыке биологии и физики.

В действительности, несмотря на разнообразие затрагиваемых тем, затея призвана донести лишь одну мысль – маленький комментарий к большому и важному вопросу. Чтобы не заблудиться, составим короткий план.

Большой, важный и весьма обсуждаемый вопрос заключается в следующем:

Как физика и химия объясняют события в пространстве и времени, происходящие в пространственных рамках живого организма?

Предварительный ответ, который попытается установить и обосновать эта книга, можно кратко изложить так:

Очевидная неспособность современных физики и химии объяснить подобные явления вовсе не означает, что эти науки не могут их объяснить.

Статистическая физика. Фундаментальное различие в структуре

Данное замечание было бы весьма тривиальным, если бы единственным его предназначением являлось пробудить надежду на достижение в будущем того, чего не удалось получить в прошлом. Однако его значение намного более оптимистично: эта неспособность имеет подробное объяснение.

Сегодня, благодаря блестящей работе биологов, в основном генетиков, за последние тридцать-сорок лет, мы знаем достаточно о действительной материальной структуре организмов и об их работе, чтобы заявить и назвать точную тому причину: современные физика и химия не могут объяснить пространственно-временные события, происходящие в живом организме.

Взаимодействия атомов в жизненно важных частях организма фундаментальным образом отличаются от всех соединений атомов, которые до настоящего времени являлись объектом экспериментальных и теоретических исследований физиков и химиков. Однако это различие, которое я считаю фундаментальным, может показаться малозначимым любому, кроме физика, сознающего, что законы химии и физики – сугубо статистические. Ведь именно со статистической точки зрения структура жизненно важных частей живых организмов столь отличается от любого кусочка материи, с которым мы, физики и химики, работаем физически в лабораториях или мысленно – за письменным столом[5]. Невозможно представить, что законы и закономерности, открытые подобным образом, могут непосредственно применяться к поведению систем, не обладающих структурой, на которой они основаны.

Не-физик вряд ли окажется способен хотя бы уловить – не говоря уже о том, чтобы оценить – различие в «статистической структуре», выраженное столь абстрактными терминами. Чтобы придать утверждению живость и цвет, позвольте мне упомянуть то, что позднее будет описано намного детальнее, а именно самую значимую составляющую живой клетки – хромосомную фибриллу, которую можно назвать апериодическим кристаллом. До настоящего времени в физике мы имели дело лишь с периодическими кристаллами. В сознании скромного физика это очень интересные и сложные объекты, они относятся к самым удивительным и хитроумным материальным структурам, которыми озадачила его неживая природа. Однако в сравнении с апериодическими кристаллами они незамысловаты и скучны. Различия в структурах можно сравнить с различием между обычными обоями, на которых один и тот же узор повторяется снова и снова с регулярной периодичностью, и искусной вышивкой, например гобеленом Рафаэля, где нет скучного повторения, а присутствует сложный, гармоничный, осмысленный рисунок, созданный великим мастером.

Называя периодические кристаллы одним из самых сложных объектов исследования, я имел в виду истинного физика. Органическая химия, исследуя все более замысловатые молекулы, намного ближе подобралась к тому «апериодическому кристаллу», который, на мой взгляд, является материальным носителем жизни. Неудивительно, что химики-органики уже внесли важный вклад в проблему жизни, в то время как физики не сделали почти ничего.

Подход наивного физика к предмету

Теперь, обозначив вкратце главную идею, а точнее, пределы наших исследований, я опишу линию атаки. Я предлагаю вначале рассмотреть представления наивного физика об организмах – то есть идеи, что могут возникнуть в сознании физика, который, выучив свою физику, а точнее, статистическое основание науки, начинает размышлять о них и о том, как они себя ведут и функционируют, и в конце концов честно спрашивает себя, способен ли он посредством того, чему научился, с точки зрения своей относительно простой, четкой и скромной науки, внести какой-либо существенный вклад в данную проблему.

Оказывается, вполне способен. Далее нужно сравнить его теоретические ожидания с биологическими фактами. Выяснится, что, хотя в целом его идеи представляются весьма разумными, они нуждаются в значительной коррекции. Таким образом мы постепенно приблизимся к правильной точке зрения – точнее, если выразиться более скромно, точке зрения, которую я считаю правильной.

Я не уверен, что мой подход является самым лучшим и простым. Однако он мой. Я сам был «наивным физиком». И не смог отыскать более простого и ясного пути к цели, нежели моя кривая дорожка.

Почему атомы такие маленькие?

Хороший способ развить представления наивного физика – начать со странного, почти нелепого вопроса: почему атомы такие маленькие? Да, они действительно очень малы. Каждый фрагмент материи, с которым мы имеем дело в повседневной жизни, состоит из множества атомов. Чтобы донести этот факт до аудитории, подобраны многочисленные примеры, самый впечатляющий из которых принадлежит лорду Кельвину[6]. Представьте, что вы можете пометить молекулы в стакане воды; затем вылейте содержимое стакана в океан и тщательно перемешайте, чтобы равномерно распределить помеченные молекулы по семи морям. Если впоследствии вы наберете стакан воды в любом месте океана, то обнаружите в нем около сотни ваших меченых молекул. Разумеется, их будет не ровно 100 (даже если вычисления дают именно такой результат). Их будет 88, или 95, или 107, или 112, но вряд ли 50 или 150. Ожидаемое «отклонение», или «флуктуация», составит порядка корня квадратного из 100, то есть 10. Статистик выразит это так: вы обнаружите 100±10 молекул. Пока этот комментарий можно проигнорировать, однако позднее мы используем его в качестве иллюстрации статистического закона √n.

Реальный размер атомов[7] составляет примерно длину волны желтого света. Это сравнение существенно, поскольку длина волны грубо характеризует размеры мельчайшего объекта, видимого в микроскоп. Таким образом, подобный объект содержит тысячи миллионов атомов. Но почему атомы такие маленькие? Очевидно, данный вопрос является уловкой, поскольку в действительности он касается вовсе не размера атомов, а размера организмов, точнее, наших собственных тел. Атом мал в сравнении с «гражданской» единицей длины, например, ярдом или метром. В атомной физике обычно используют так называемый ангстрем (сокращенно Å), который составляет 10–10 метра, или, в десятичном представлении, 0,0000000001 метра. Диаметры атомов варьируют от 1 до 2 Å. «Гражданские» единицы, по сравнению с которыми атомы столь малы, тесно связаны с размерами наших тел. Согласно легенде, ярдом мы обязаны английскому королю-шутнику, которого советники спросили, какую единицу использовать. Он вытянул руку вбок и ответил: «Используйте расстояние от середины моей груди до кончиков пальцев, это подойдет». Правдива история или нет, но она важна для наших целей. Разумеется, король указал длину, сравнимую с его собственным телом, понимая, что любая другая будет неудобной. Несмотря на любовь к ангстремам, физик предпочитает слышать, что на его новый костюм потребуется шесть с половиной ярдов твида, а не шестьдесят пять тысяч миллионов ангстремов.

Таким образом, мы установили, что наш вопрос касается соотношения двух размеров – размера нашего тела и размера атома. С учетом неоспоримого главенства независимого существования атома, этот вопрос следует переформулировать так: почему наши тела столь велики в сравнении с атомом?

Представляю, как многие смышленые студенты-физики или химики оплакивали факт, что все наши органы чувств, составляющие вполне значимую часть организма, а следовательно с точки зрения вышеупомянутого соотношения состоящие из множества атомов, слишком грубы, чтобы ощутить влияние одиночного атома. Мы не можем увидеть, или почувствовать, или услышать отдельные атомы. Наши гипотезы на их счет заметно отличаются от непосредственных открытий, совершенных при помощи крупных органов чувств, и не могут быть проверены напрямую.

Обязательно ли это? Есть ли тому внутренняя причина? Можем ли мы проследить это состояние дел к некому первичному принципу, чтобы подтвердить и понять, почему ничто другое не совместимо с законами природы?

Наконец перед нами проблема, которую способен решить физик. Ответ на все эти вопросы утвердительный.

Работа организма требует конкретных физических законов

Если бы это было не так, если бы мы представляли собой организмы столь чувствительные, что один или несколько атомов сумели бы произвести ощутимое впечатление на наши чувства, – боже, какой была бы жизнь! Подчеркну: у подобного организма наверняка не развилось бы упорядоченное мышление, которое, пройдя немало ранних стадий, в конце концов сформировало бы, среди многих других идей, представление об атоме.

Мы выбираем именно этот момент, однако последующие рассуждения также применимы к работе других органов, а не только головного мозга и системы органов чувств. Тем не менее единственной действительно интересующей нас в нас самих вещью является то, что мы ощущаем, думаем и воспринимаем. По сравнению с физиологическим процессом, ответственным за мышление и чувства, остальные играют второстепенную роль, по крайней мере с точки зрения человека, если и не чисто объективной биологии. Более того, наша задача станет легче, если мы выберем для исследования процесс, тесно связанный с субъективными событиями, пусть и не осознавая истинной природы этого параллелизма. С моей точки зрения, он лежит за пределами естественных наук – и, вероятно, человеческого понимания.

Таким образом, перед нами возникает следующий вопрос: почему орган вроде нашего головного мозга, а также связанная с ним система органов чувств, должен состоять из невероятного числа атома, чтобы его физически изменчивое состояние соотносилось с высокоразвитым мышлением? Почему вышеупомянутая задача делает данный орган не совместимым с тем, чтобы являться – в целом или посредством периферических отделов, которые напрямую взаимодействуют с окружающей средой – инструментом достаточно тонким и чувствительным, чтобы зарегистрировать отдельный атом извне и отреагировать на него?

Причина такова: то, что мы называем мыслью, (1) само по себе упорядочено и (2) может использоваться лишь применительно к материалу, то есть восприятию или переживанию, обладающему определенным уровнем упорядоченности. Из этого вытекают два вывода. Во-первых, чтобы соотноситься с мышлением (как мой мозг соотносится с моей мыслью), физическая организация должна быть крайне упорядоченной, и это означает, что происходящие в ней события должны с высокой точностью подчиняться строгим физическим законам. Во-вторых, физические впечатления, которые производят на эту физически организованную систему внешние тела, очевидно, соотносятся с восприятием и опытом соответствующей мысли, формируя ее материал, как я выразился. Физические взаимодействия нашей системы с другими должны, как правило, сами обладать определенной степенью физической упорядоченности, то есть с определенной точностью подчиняться строгим физическим законам.

Физические законы основываются на атомарной статистике, а следовательно, являются приблизительными

Почему же все это недостижимо для организма, состоящего из ограниченного числа атомов и способного ощутить воздействие одного или нескольких атомов?

Потому что мы знаем, что атомы постоянно находятся в неупорядоченном тепловом движении, которое, так сказать, противоречит упорядоченному поведению и не дает событиям, реализуемым небольшим числом атомов, соответствовать известным законам. Лишь в случае соединения невероятно большого числа атомов начинают действовать статистические законы, и они контролируют поведение этих скоплений с точностью, возрастающей вместе с ростом числа атомов. Именно таким образом события приобретают черты настоящей упорядоченности. Все физические и химические законы, играющие важную роль в жизни организмов, являются статистическими. Любой другой вид закономерности и упорядоченности нарушается и сводится на нет непрерывным тепловым движением атомов.

Их точность основана на большом числе вовлеченных атомов. Пример первый (парамагнетизм)

Позвольте проиллюстрировать это несколькими примерами, выбранными наугад из тысяч им подобных и потому, возможно, не самыми лучшими для читателя, который впервые слышит о таком положении вещей, – положении, столь же фундаментальном в современной физике и химии, как, например, клеточное строение организмов в биологии, или закон Ньютона в астрономии, или даже последовательность целых чисел – 1, 2, 3, 4, 5… – в математике. Следующие страницы вряд ли помогут новичку полностью понять и оценить предмет обсуждения, который связан с блистательными именами Уилларда Гиббса[8] и Людвига Больцмана[9] и обсуждается в учебниках в разделе «статистическая термодинамика».

Если заполнить вытянутую кварцевую трубку газообразным кислородом и поместить в магнитное поле, газ намагнитится. Я выбрал газ, поскольку случай с ним проще, чем с твердым веществом или жидкостью. Тот факт, что намагничивание в данном случае будет крайне слабым, не повлияет на теоретические рассуждения. Намагничивание происходит потому, что молекулы кислорода представляют собой маленькие магниты и ориентируются параллельно полю, как стрелка компаса. Но не думайте, будто они все выстраиваются параллельно. Удвоив силу поля, вы получите в вашем сосуде с кислородом двойную намагниченность, и она будет пропорционально возрастать по мере приближения к экстремально сильным полям.

Рис. 1. Парамагнетизм

Это наглядный пример чисто статистического закона. Ориентации, вызванной полем, постоянно противостоит тепловое движение, приводящее к произвольной ориентации. Результатом этой борьбы является незначительное преобладание острых углов между осью диполя и полем над тупыми углами. Ориентация отдельных атомов непрерывно меняется, однако в среднем, благодаря своему огромному количеству, они дают постоянное небольшое преобладание ориентации в направлении поля, пропорциональное этому полю. Этим блистательным объяснением мы обязаны французскому физику П. Ланжевену[10]. Проверить его можно следующим образом. Если наблюдаемая слабая намагниченность действительно является результатом противоборствующих явлений, а именно магнитного поля, желающего выстроить все молекулы параллельно, и теплового движения, которое стремится к произвольной ориентации, значит, можно усилить намагниченность, не повысив магнитное поле, а ослабив тепловое движение, то есть понизив температуру. Это подтверждает эксперимент, согласно ему намагниченность обратно пропорциональна абсолютной температуре, в количественном согласии с теорией (закон Кюри). Современное оборудование даже позволяет нам посредством понижения температуры настолько ослабить тепловое движение, что ориентирующее воздействие магнитного поля получит возможность если не проявить себя полностью, то достигнуть существенной доли «полной намагниченности». В данном случае мы уже не ждем, что удвоение силы поля удвоит намагниченность; последняя будет расти все меньше и меньше, приближаясь к так называемому насыщению. Это тоже подтверждает эксперимент.

Обратите внимание, что данное поведение полностью зависит от большого числа молекул, которые взаимодействуют, давая наблюдаемую намагниченность. В противном случае последняя не была бы постоянной, а весьма произвольно флуктуировала бы от секунды к секунде, свидетельствуя о переменных успехах в борьбе теплового движения и магнитного поля.

Пример второй (броуновское движение, диффузия)

Заполнив нижнюю часть закрытого стеклянного сосуда туманом, состоящим из крошечных капель, вы увидите, что верхняя граница тумана будет постепенно опускаться с определенной скоростью, определяемой вязкостью воздуха и размером и удельной плотностью капель. Но изучив одну из капель под микроскопом, обнаружите, что она вовсе не опускается с постоянной скоростью, а совершает очень сложное движение, так называемое броуновское движение, которое лишь в среднем соотносится с общим оседанием.

Конечно, эти капли – не атомы, однако они достаточно малы и легки, чтобы ощутить влияние отдельных молекул, непрерывно бомбардирующих их поверхность. Поэтому капли отклоняются то в одну, то в другую сторону и лишь в среднем подчиняются действию силы тяжести.

Рис. 2. Оседающий туман

Рис. 3. Броуновское движение оседающей капли

Данный пример демонстрирует, какие забавные и хаотичные ощущения мы испытывали бы, если бы наши органы чувств воспринимали воздействие отдельных молекул. Существуют бактерии и другие организмы, которые столь малы, что на них этот феномен оказывает значительное влияние. Их движения определяются тепловыми капризами окружающей среды, у них просто нет выбора. Те из них, что обладают собственной способностью к перемещению, могут перебираться с места на место, однако с трудностями, поскольку тепловое движение швыряет их, словно утлую лодочку в бурном море.

На броуновское движение очень похоже явление диффузии. Представьте сосуд, заполненный водой, в которой растворено небольшое количество некоего окрашенного вещества, например перманганата калия, не в одинаковой концентрации, а как изображено на рис. 4, где точки обозначают молекулы растворенного вещества (перманганата) и концентрация падает слева направо. Если оставить этот сосуд в покое, начнется медленный процесс «диффузии», переносящий перманганат из левой части сосуда в правую, то есть из места с большей концентрацией в место с меньшей, пока вещество не распределится в воде равномерно.

Удивительной особенностью этого весьма простого и не слишком интересного процесса является то, что в его основе лежит не какая-то тенденция или сила, уводящая молекулы перманганата из более населенной области в менее населенную, словно жителей страны, переезжающих в свободные регионы. С нашими молекулами перманганата не происходит ничего подобного. Каждая ведет себя независимо от других, с которыми очень редко сталкивается. Каждая – как в населенной области, так и в пустой – постоянно испытывает удары молекул воды и постепенно движется в непредсказуемом направлении – иногда в область с большей концентрацией, порой в область с меньшей или вообще вбок. Перемещения такой молекулы часто сравнивают с движением на открытом пространстве слепого человека. Он одержим желанием «шагать», но не может выбрать направления, а потому непрерывно меняет свой курс.

Рис. 4. Диффузия слева направо в растворе с различной концентрацией

То, что это случайное блуждание всех без исключения молекул перманганата должно привести к регулярному потоку в направлении меньшей концентрации и – в конце концов – к равномерному распределению, на первый взгляд вызывает недоумение. Если поделить рис. 4 на тонкие срезы с приблизительно постоянной концентрацией, молекулы перманганата, содержащиеся в данном конкретном срезе в некий момент времени, за счет случайного движения с равной вероятностью переместятся влево или вправо. Однако благодаря этому плоскость, разделяющую соседние срезы, пересечет больше молекул, приходящих слева, нежели справа, – просто потому, что слева находится больше молекул, вовлеченных в случайное движение. И пока это соответствует действительности, результатом будет регулярный поток слева направо – до достижения равномерного распределения.

Если перевести эти рассуждения на язык математики, закон диффузии будет представлять собой дифференциальное уравнение с частными производными:

Я избавлю читателя от объяснений, хотя значение этого закона можно выразить простым языком. А именно: концентрация в любой конкретной точке возрастает или падает со временем пропорционально сравнительному избытку или недостатку концентрации в ее бесконечно малом окружении. Кстати, закон теплопроводности выглядит точно так же, только вместо концентрации стоит температура. Я привел этот суровый «математически строгий» закон, желая подчеркнуть, что его физическая точность должна, тем не менее, ставиться под сомнение в каждом конкретном случае. Он основан на случайности, и его правомерность приблизительна. Как правило, это очень хорошее приближение, но лишь благодаря огромному числу молекул, вовлеченных в явление. Чем меньше их количество, тем более сильных случайных отклонений следует ожидать – и они наблюдаются при неблагоприятных условиях.

Пример третий (пределы точности измерения)

Последний пример весьма похож на второй, однако представляет особый интерес. Легкое тело, подвешенное на длинной тонкой нити в равновесной ориентации, часто используется физиками для измерения слабых сил, которые отклоняют его от равновесия, электрических, магнитных или гравитационных сил, прикладываемых таким образом, чтобы повернуть тело вокруг вертикальной оси. Разумеется, выбор легкого тела должен соответствовать целям опыта. Непрерывные попытки повысить точность этих популярных «крутильных весов» выявили любопытный предел, интересный сам по себе. Если брать все более легкие тела и тонкие и длинные нити – чтобы равновесие было чувствительным к все более слабым силам, – предел достигается, как только подвешенное тело начинает ощущать влияние теплового движения молекул окружающей среды и исполнять непрерывный хаотический «танец» вокруг равновесного положения, подобно дрожащей капле. Подобное поведение не накладывает абсолютного предела на точность измерений, проведенных при помощи весов, однако подчеркивает практический предел. Неконтролируемое воздействие теплового движения конкурирует с воздействием измеряемой силы и делает отдельные наблюдаемые отклонения незначимыми. Следует провести множество измерений, чтобы исключить влияние броуновского движения на инструмент. Я считаю данный пример наиболее наглядным для нашего исследования, ведь наши органы чувств – тоже в определенном роде инструмент. Теперь мы видим, насколько бесполезными они станут, если обретут такую чувствительность.

Правило √n

Хочу добавить, что мог бы выбрать в качестве иллюстрации любой физический или химический закон из тех, что имеют значение для организма или его взаимодействий с окружающей средой. Подробное объяснение может оказаться более сложным, но суть будет той же, а потому описание станет монотонным.

Однако следует упомянуть одно важное численное утверждение относительно погрешности, которой следует ждать от любого физического закона, – правило √n. Вначале я проиллюстрирую его простым примером, а потом обобщу.

Если я предположу, что некий газ при определенных условиях – давлении и температуре – обладает определенной плотностью, и заявлю, что в определенном объеме (подходящем для какого-либо эксперимента) при этих условиях содержится n молекул газа, можете не сомневаться, что, проверив мое утверждение в некий момент времени, вы сочтете его ошибочным, с отклонением порядка √n. Соответственно, если n = 100, отклонение будет составлять около 10, а относительная ошибка – 10 %. Однако если n = 1 000 000, вы обнаружите отклонение около 1000, и относительная ошибка составит 0,1 %. Грубо говоря, данный статистический закон является весьма общим. Законы физики и физической химии неточны, и вероятная относительная ошибка для них составляет порядка , где n есть число молекул, которые взаимодействуют, чтобы данный закон работал – и был справедливым в пространственных или временных (либо пространственно-временных) рамках, значимых для каких-либо рассуждений или эксперимента.

Из этого снова следует, что для того чтобы получать выгоду от достаточно точных законов, как во внутренних процессах, так и во взаимодействии с внешним миром, организм должен обладать крупной структурой. Иначе число взаимодействующих частиц будет слишком маленьким, а «законы» – неточными. Особенно строгим требованием является корень квадратный. Хотя миллион – весьма большое число, точность 1000 к 1 не кажется слишком высокой, если правило претендует на звание «закона природы».

Глава 2

Механизм наследственности

Оно [бытие] извечно; и законы Хранят, тверды и благосклонны Залоги дивных перемен.

И. В. Гёте. Завет

Ожидания классического физика не тривиальны, но неверны

Итак, мы пришли к выводу, что организм и испытываемые им биологически значимые процессы должны обладать в высшей степени «многоатомной» структурой и быть защищены от случайных «одноатомных событий». Это существенно для того, говорит нам «наивный физик», чтобы организм мог подчиняться достаточно точным физическим законам, на которых основана его удивительно регулярная и упорядоченная работа. Как эти выводы, достигнутые, биологически выражаясь, a priori, то есть с чисто физической точки зрения, согласуются с реальными биологическими фактами?

На первый взгляд кажется, будто данные выводы тривиальны. Лет тридцать назад какой-нибудь биолог вполне мог сказать, что хотя для популярного лектора уместно подчеркнуть значимость статистической физики, в частности для организма, сама идея банальна. Ведь не только тело взрослого представителя любого высшего вида, но и каждая составляющая его клетка содержит «космическое» число разнообразных атомов. И каждый наблюдаемый нами физиологический процесс внутри клетки или в ходе ее взаимодействия с окружающей средой, судя по всему – по крайней мере, так казалось тридцать лет назад, – затрагивает столь огромное число отдельных атомов и атомарных процессов, что соответствующим законам физики и физической химии ничто не грозит, несмотря на очень строгие требования, накладываемые статистической физикой на «большие числа». Эти требования я только что проиллюстрировал на примере правила √n.

Теперь мы знаем, что это мнение ошибочно. Как мы вскоре увидим, небольшие группы атомов – слишком небольшие, чтобы подчиняться точным статистическим законам, – играют важнейшую роль в упорядоченных и закономерных процессах в живом организме. Они управляют наблюдаемыми крупномасштабными особенностями, которые организм приобретает в ходе развития, определяют важные характеристики его работы – и во всем этом проявляются четкие и строгие биологические законы.

Следует начать с краткого описания ситуации, сложившейся в биологии, особенно в генетике. Иными словами, нужно суммировать нынешнее положение дел в предмете, которым я не владею. Тут ничего не поделаешь, и я прошу прощения, в первую очередь – у биологов, за дилетантский характер моей сводки. Кроме того, прошу дозволения изложить основные идеи в определенном смысле категорично. Нельзя ждать от бедного физика-теоретика компетентного обзора экспериментальных доказательств, которые включают, с одной стороны, множество длинных и красиво переплетающихся серий искусных экспериментов по скрещиванию, а с другой – прямые наблюдения за живой клеткой, выполненные с использованием изощренной современной микроскопии.

Генетический код (хромосомы)

Позвольте мне использовать термин «структура» организма в том смысле, в каком биолог использует «четырехмерную структуру», имея в виду не только строение и работу этого организма во взрослом возрасте или на какой-то другой конкретной стадии, но его онтогенетическое развитие в целом, от оплодотворенной яйцеклетки до зрелости, когда он приступает к размножению. Известно, что всю эту четырехмерную структуру определяет строение одной-единственной клетки – оплодотворенной яйцеклетки. Более того, мы знаем, что структура, в сущности, определяется строением небольшой части этой клетки – ее ядра. В типичном «состоянии покоя» ядро обычно выглядит как сеть хроматина[11], распределенная по клетке. Однако в ходе жизненно важного процесса клеточного деления (митоз и мейоз) оно выглядит как набор частиц, обычно в форме фибрилл или палочек, называемых хромосомами. Их число составляет 8 или 12 – или, у человека, 48[12]. Однако мне следовало записать эти показательные числа как 2 (×) 4, 2 (×) 6… 2 (×) 24… и говорить о двух наборах, в привычном биологу смысле. Хотя отдельные хромосомы иногда отчетливо видны и различимы по форме и размеру, два их набора почти идентичны. Один набор приходит от матери (яйцеклетка), другой – от отца (оплодотворяющий сперматозоид). Именно эти хромосомы – или, возможно, лишь осевые скелетные фибриллы того, что мы видим под микроскопом как хромосомы, – содержат неким образом закодированную структуру будущего развития особи и ее функционирования в зрелом состоянии. Каждый полный набор хромосом содержит полный код, таким образом, две копии кода присутствуют в оплодотворенной яйцеклетке, которая является самой ранней стадией развития будущего организма.

Называя структуру хромосомных фибрилл кодом, мы имеем в виду, что придуманный Лапласом[13] всеведущий ум, мгновенно постигающий все причинно-следственные связи, может по ней узнать, вырастет ли из яйцеклетки при подходящих условиях черный петух или рябая курица, муха или кукуруза, рододендрон, жук, мышь или женщина. На вид все яйцеклетки удивительно схожи, а даже если и различаются – как в случае сравнительно крупных яиц птиц и рептилий, – эти различия затрагивают не основные структуры, а питательный материал, добавленный по очевидным причинам.

Разумеется, термин «код» является узким. Хромосомные структуры также участвуют в реализации развития, которое кодируют. Они объединяют в себе свод законов и исполнительную власть – или, если использовать другое сравнение, план архитектора и строительное мастерство.

Рост тела путем клеточного деления (митоз)

Как хромосомы ведут себя во время онтогенеза?[14]

Рост организма осуществляется последовательными клеточными делениями. Такое клеточное деление называют митозом. В жизни клетки это не настолько частое событие, учитывая множество клеток, из которых состоит наше тело. Вначале рост осуществляется быстро. Яйцеклетка делится на две «дочерние клетки», они на следующих стадиях дают 4, затем 8, 16, 32, 64 и т. д. клеток. Частота делений неодинакова в различных частях растущего организма, и это нарушает регулярность числа клеток. Но на основании быстрого роста посредством простых вычислений можно установить, что в среднем 50–60 последовательных делений достаточно, чтобы получить число клеток, обнаруживаемое во взрослом человеке, или в десять раз больше, если учесть замену клеток в течение жизни. Таким образом, мое тело лишь на 50 или 60 поколений отстоит от яйцеклетки, которой я был.

Во время митоза каждая хромосома дуплицируется

Как ведут себя хромосомы в ходе митоза? Они дуплицируются – оба набора, обе копии кода. Данный процесс подробно изучен под микроскопом и очень важен, но слишком сложен, чтобы подробно описывать его здесь. Суть заключается в том, что каждая из двух «дочерних клеток» получает в наследство два полных набора хромосом, полностью идентичных набору родительской клетки. Поэтому все клетки тела имеют одинаковый хромосомный набор. Биолог простит мне удивительный случай мозаичности, который я опустил в своем кратком описании.

Хотя мы до сих пор плохо понимаем данный процесс, судя по всему, для работы организма важно, что каждая клетка, даже самая малозначимая, обладает полной (двойной) копией кода. Раньше в газетах писали, что во время своей африканской кампании генерал Монтгомери позаботился о том, чтобы каждый солдат его армии был подробно осведомлен о его планах. Если это соответствует действительности (а это вполне может ей соответствовать, учитывая сообразительность и надежность его отрядов), это отличная аналогия для нашего случая, в котором соответствующее утверждение в буквальном смысле верно. Самым удивительным фактом является двойственность хромосомного набора, поддерживаемая посредством митотических делений. Данную выдающуюся особенность генетического механизма особенно хорошо подчеркивает единственное исключение из правила, какое мы сейчас обсудим.

Редукционное деление (мейоз) и оплодотворение (сингамия)

Вскоре после начала развития особи резервируется группа клеток, которая на более поздней стадии даст начало так называемым гаметам – сперматозоидам или яйцеклеткам, – необходимым для воспроизведения организма во взрослом возрасте. «Резервирование» означает, что пока они не выполняют никаких других функций и претерпевают значительно меньшее число митотических делений. Именно посредством исключительного, или редукционного, деления (мейоза) в зрелом возрасте из этих запасенных клеток образуются гаметы, обычно незадолго до того, как должна осуществиться сингамия. При мейозе двойной набор хромосом родительской клетки просто разделяется на два одинарных, по одному для каждой из двух дочерних клеток, или гамет. Иными словами, во время мейоза не происходит митотического удвоения числа хромосом, оно остается постоянным, и потому каждая гамета получает только половину – то есть одну полную копию кода, а не две (например, у человека только 24, а не 2 (х) 24 = 48).

Клетки с одним набором хромосом называют гаплоидными (от греч. ἁπλοῦς – одиночный). Таким образом, гаметы гаплоидны, а обычные клетки тела диплоидны (от греч. διπλοῦς – двойной). Иногда встречаются особи с тремя, четырьмя… в общем, с множественными наборами хромосом. Их называют триплоидными, тетраплоидными… полиплоидными.

В ходе сингамии гаплоидная мужская гамета (сперматозоид) и гаплоидная женская гамета (яйцеклетка) сливаются в оплодотворенную диплоидную яйцеклетку. Она получает один хромосомный набор от матери и один – от отца.

Гаплоидные особи

Еще один момент требует уточнения. Для нас он не слишком важен, однако представляет значительный интерес, поскольку демонстрирует, что практически полный код «структуры» содержится в каждом одинарном наборе хромосом.

Рис. 5. Чередование поколений

В некоторых случаях непосредственно после мейоза не происходит оплодотворения, и гаплоидная клетка («гамета») претерпевает многочисленные митотические деления, приводящие к формированию полностью гаплоидной особи. Например, самец пчелы – трутень – развивается партеногенетически, то есть из неоплодотворенных, а значит, гаплоидных яйцеклеток матки. У трутня нет отца! Все клетки его тела гаплоидны. Можно назвать его огромным сперматозоидом – и действительно, как известно, это его единственная функция. Однако данная точка зрения нелепа. Такой случай не уникален. Существуют семейства растений, у которых гаплоидная гамета, образующаяся путем мейоза и называемая спорой, падает на землю и, подобно семени, развивается в истинно гаплоидное растение, по размерам сравнимое с диплоидным. На рис. 5 приведено схематическое изображение мха, распространенного в наших лесах. Облиственная нижняя часть представляет собой гаплоидное растение, называемое гаметофитом, потому что на его верхнем конце развиваются половые органы и гаметы, которые путем взаимного оплодотворения дают диплоидное растение – голый стебель со споровой коробочкой наверху. Когда коробочка раскрывается, споры попадают на землю, из них развивается облиственный стебель и т. д. Эту последовательность событий называют чередованием поколений. Можно взглянуть подобным образом на человека и животных. Однако «гаметофит» у них, как правило, представляет собой короткоживущее одноклеточное поколение, сперматозоид или яйцеклетку. Наше тело соответствует спорофиту. Наши «споры» – запасенные клетки, из них посредством мейоза образуется одноклеточное поколение.

Значимость редукционного деления

Важным, действительно судьбоносным событием в процессе размножения особи является не оплодотворение, а мейоз. Один набор хромосом достается от отца, другой – от матери. Ни случай, ни рок не может повлиять на это. Каждый человек[15] обязан половиной своего наследственного материала отцу и половиной – матери. То, что обычно одна из них доминирует, объясняется другими причинами, до которых мы еще дойдем. Разумеется, самый простой пример такого доминирования – пол.

Но если проследить вашу наследственность до бабушки и дедушки, ситуация изменится. Возьмем набор хромосом моего отца, точнее, одну их пару, например № 5. Это верная копия № 5, которую отец получил от своего отца, или № 5, какую отец получил от своей матери. Вопрос был решен с вероятностью 50:50 в ходе мейоза, случившегося в организме моего отца в ноябре 1886 года и произведшего сперматозоид, который несколько дней спустя принял участие в зачатии меня. Аналогичную же историю можно рассказать про хромосомы № 1, 2, 3… 24 из отцовского набора и, mutatis mutandis[16], из материнского набора. Более того, все 48 случаев независимы друг от друга. Даже если бы я знал, что отцовская хромосома № 5 попала ко мне от моего деда Йозефа Шредингера, хромосома № 7 имеет равные шансы также принадлежать ему – или его жене Марии, в девичестве Богнер.

Кроссинговер. Местоположение признаков

Однако чистая случайность получила еще больше возможностей смешать в потомке наследие дедов и бабок, чем может показаться на основании вышеизложенного. Ранее мы полагали, будто конкретная хромосома целиком досталась нам от деда или от бабки, иными словами, что отдельные хромосомы передаются неделимыми. В действительности это не так, по крайней мере, не всегда. Прежде чем разойтись в ходе редукционного деления, например, происходящего в организме отца, любые две «гомологичные» хромосомы вступают в близкий контакт друг с другом и обмениваются целыми участками, как показано на рис. 6. Благодаря этому процессу, называемому кроссинговер, два признака, расположенные в соответствующих частях данной хромосомы, окажутся разделены у внука, который получит одно из них от деда, а другое от бабки. Процесс кроссинговера снабдил нас важной информацией о расположении признаков на хромосомах. Для полноценного рассмотрения следовало бы очертить концепции, которые будут представлены в следующей главе (такие как гетерозиготность, доминантность и т. д.), однако это выведет нас за рамки данной книги, а потому позвольте сразу перейти к сути.

Рис. 6. Кроссинговер. Слева: контакт между двумя гомологичными хромосомами. Справа: гомологичные хромосомы после обмена и расхождения

Если бы не кроссинговер, два признака, за которые отвечает одна и та же хромосома, всегда передавались бы вместе, ни один потомок не смог бы получить один из них, не унаследовав при этом другой. Однако два признака, находящиеся на различных хромосомах, будут разделены с вероятностью 50:50 – или со 100 % вероятностью, если расположены на гомологичных хромосомах одного предка, которые не могут передаться вместе.

Кроссинговер нарушает эти правила. Таким образом, вероятность данного события можно оценить, тщательно отслеживая процентный состав потомства в длительных экспериментах по скрещиванию. Анализируя статистику, следует принять рабочую гипотезу, что «связь» между двумя признаками, расположенными на одной хромосоме, нарушается тем реже, чем ближе они находятся друг к другу. В таком случае ниже вероятность, что точка обмена окажется между ними, в то время как признаки, расположенные на противоположных концах хромосом, разделяются при каждом кроссинговере. То же самое верно для рекомбинации признаков, расположенных на гомологичных хромосомах одного предка. Таким образом, на основании «статистики связи» можно получить некую «карту признаков» каждой хромосомы.

Эти ожидания полностью подтвердились. В проведенных экспериментах, в основном – но не только – на дрозофиле, изученные признаки действительно разделяются на группы, не сцепленные друг с другом, число которых равняется числу отдельных хромосом (четыре у дрозофилы). В каждой группе можно составить линейную карту признаков, количественно соответствующую степени сцепления между любыми двумя признаками в данной группе. Поэтому нет сомнений, что они действительно расположены на хромосоме, причем линейно, что предполагает ее палочковидная форма.

Разумеется, изображенный здесь схематический механизм наследственности выглядит поверхностным и бесцветным, даже слегка наивным. Ведь мы не сказали, что именно называем «признаком». Кажется неправильным и невозможным расчленять на отдельные «признаки» структуру организма, который по существу является единым, «целым». В любом конкретном случае мы утверждаем, что пара предков различалась по явно заданным характеристикам (например, у одного были голубые глаза, а у другого – карие), и потомок в данном смысле похож на одного из них. То, что мы обнаруживаем в хромосоме, и есть причина этого различия. (Технический термин для этого – «локус», или, если имеется в виду лежащая в его основе гипотетическая структура, «ген».) На мой взгляд, различие в признаках само по себе является фундаментальной концепцией, а не признаком, вопреки очевидному лингвистическому и логическому противоречию данного утверждения. Различия в признаках дискретны, как мы поймем из следующей главы, когда будем обсуждать мутации, и я надеюсь, что приведенная здесь сухая схема обретет жизнь и заиграет красками.

Максимальный размер гена

Мы только что ввели термин «ген» – гипотетический материальный носитель определенной наследственной характеристики. Теперь следует подчеркнуть два момента, в высшей степени значимые для нашего исследования. Во-первых, размер – а точнее, максимальный размер – такого носителя; иными словами, до сколь малого объема мы сможем проследить местоположение признака? Во-вторых, постоянство гена, которое следует из устойчивости наследственной структуры.

Что касается размера, то существуют две независимые оценки. Одна опирается на генетические доказательства (эксперименты по скрещиванию), а другая – на цитологические свидетельства (прямое микроскопическое наблюдение). Первая по сути своей несложна. После того как мы выявим указанным выше способом на конкретной хромосоме достаточное число различных («широкомасштабных») признаков (например, у мушки-дрозофилы), останется разделить измеренную длину этой хромосомы на число признаков и умножить на поперечное сечение. Разумеется, мы считаем различными только те признаки, которые время от времени разделяет кроссинговер, а потому они не могут определяться одной и той же структурой – микроскопической или молекулярной. С другой стороны, очевидно, что наша оценка может дать лишь максимальный размер, поскольку число признаков, обнаруженных генетическим анализом, постоянно растет.

Другая оценка, пусть и основанная на микроскопическом наблюдении, в действительности является косвенной. Определенные клетки дрозофилы, а именно клетки слюнных желез, по какой-то причине сильно увеличены, как и их хромосомы. На этих фибриллах можно различить плотный рисунок из поперечных темных полос. С. Д. Дарлингтон[17] отметил, что число этих полос (в его случае – 2000) хотя и намного превышает число генов, расположенных на хромосоме, как установлено в экспериментах со скрещиванием, но находится в пределах того же порядка. Он склонен считать эти полосы настоящими генами (или границами между ними). Поделив длину хромосомы, измеренную в клетке нормального размера, на число полос (2000), он получает объем гена, равный кубу с гранью 300 Å. Учитывая приблизительность оценки, можно предположить, что такой же результат был получен и первым способом.

Маленькие числа

Подробное обсуждение связи статистической физики со всеми перечисленными фактами – а точнее, связи этих фактов с использованием статистической физики в живой клетке – последует позднее. Но позвольте сейчас привлечь внимание к тому, что 300 Å – лишь 100–150 атомных расстояний в жидкости или твердой материи, а значит, ген определенно не может содержать больше миллиона или нескольких миллионов атомов. Это число слишком мало (с точки зрения √n), чтобы обеспечить упорядоченное поведение в соответствии со статистической физикой, а следовательно, и физикой вообще. Оно слишком мало, даже если все эти атомы играют одну и ту же роль, как в газе или капле жидкости. Но ген – определенно не гомогенная капля жидкости. Это крупная белковая молекула, в которой каждый атом, каждый остаток, каждое гетероциклическое кольцо выполняет особую функцию, отличную от функций других схожих атомов, остатков или колец. Так считают ведущие генетики, например Холдейн и Дарлингтон, и вскоре нам придется обратиться к генетическим экспериментам, практически доказывающим эту точку зрения.

Постоянство

Теперь второй важный вопрос: какой степени постоянства ожидать от наследуемых признаков, а значит, и материальных структур, которые их переносят?

Ответ можно дать без специальных исследований. Факт, что мы обсуждаем наследуемые признаки, свидетельствует о признании их почти незыблемого постоянства. Не надо забывать, что ребенку передается от родителя не просто та или иная черта – кривой нос, короткие пальцы, предрасположенность к ревматизму, гемофилии, дихромазии и т. п. Подобные признаки мы можем выбрать для изучения законов наследственности. Однако в действительности речь идет о полной (четырехмерной) структуре «фенотипа», видимой и проявляемой природе особи, какая воспроизводится без значимых изменений от поколения к поколению, неизменная на протяжении веков – хотя и не десятков тысячелетий, – всякий раз переносимая материальной структурой ядер двух клеток, которые объединяются, чтобы дать оплодотворенную яйцеклетку. Это чудо – уступающее лишь другому чуду, оно, пусть и тесно связанное с первым, лежит в иной плоскости. Я имею в виду тот факт, что мы, чье существование основано на чудесных взаимодействиях такого рода, все же обладаем способностью в значительной степени постигать их. Думаю, это понимание – первого чуда – может стать почти полным. Однако второе может остаться непостижимым для человека.

Глава 3

Мутации

Но эти превращенья в свой черед немеркнущими мыслями украсьте.

И. В Гёте. Фауст

«Скачкообразные» мутации – инструмент естественного отбора

Изложенные нами общие факты в поддержку стойкости структуры генов, вероятно, слишком привычны, чтобы казаться удивительными либо убедительными. В данной ситуации верна пословица: исключение подтверждает правило. Если бы дети всегда были похожи на родителей, мы бы лишились не только красивых экспериментов, раскрывших нам подробный механизм наследственности, но и великого колоссального эксперимента природы, которая создает виды путем естественного отбора и выживания наиболее приспособленных.

Давайте используем последний важный вопрос в качестве отправной точки для представления значимых фактов – вновь прошу прощения и напоминаю, что я не биолог.

Мы точно знаем, что Дарвин ошибался, считая незначительные, постоянные, случайные вариации, имеющие место даже в самой гомогенной популяции, материалом естественного отбора. Доказано, что они не наследуются. Это важный факт, достойный краткого примера. Если взять урожай чистого сорта ячменя, измерить на всех колосьях длину ости и представить результаты измерений на графике, то получится колоколообразная кривая, как показано на рис. 7, где число колосьев соответствует определенной длине ости. Иными словами, преобладает определенная средняя длина, отклонения от которой в какую-либо сторону происходят с некой частотой.

Рис. 7. Статистика длин остей у чистой линии ячменя. Группа, выбранная для посева, показана черным цветом (Это не результаты некоего эксперимента, а теоретический пример)

Теперь выберем группу колосьев (показана черным цветом), чьи ости заметно длиннее среднего и чьего количества достаточно, чтобы высадить их в поле и получить новый урожай. Проделав аналогичные измерения, Дарвин ожидал бы, что кривая сместится вправо. Он ожидал бы путем селекции добиться увеличения средней длины ости. При использовании чистой линии ячменя результат будет другим. Новая статистическая кривая окажется идентичной первой. То же самое повторится, если выбрать колосья с особенно короткой остью. Отбор не оказывает влияния, поскольку незначительные, постоянные вариации не наследуются. Они не определяются структурой наследственного материала и происходят случайно. Однако около сорока лет назад де Фриз[18] обнаружил, что даже в потомстве чистых линий появляется очень небольшое число особей – две-три на десятки тысяч – с малыми, но «скачкообразными» изменениями. Слово «скачкообразный» характеризует не величину изменения, а дискретность, поскольку не обнаруживается промежуточных форм между исходным и измененным состоянием. Де Фриз назвал это мутацией. Дискретность является важным фактом. Она напоминает физику квантовую теорию: между соседними энергетическими уровнями нет промежуточных энергий. Физик метафорически назвал бы мутационную теорию де Фриза «квантовой теорией биологии». Позднее мы увидим, что это определение вовсе не столь метафорично. Мутации действительно происходят за счет квантовых скачков в молекуле гена. Однако квантовой теории исполнилось всего два года, когда в 1902 году де Фриз опубликовал свое открытие. Неудивительно, что лишь следующее поколение ученых обнаружило тесную связь между ними!

Они передаются потомству, а значит, наследуются

Мутации наследуются так же, как исходные, неизмененные признаки. Например, в рассмотренном выше первом урожае ячменя может появиться несколько колосьев с остями, заметно выходящими за рамки изменчивости, показанные на рис. 7, вообще без ости. Они могут быть носителями мутации де Фриза, которая передастся потомству, а значит, все их потомки будут лишены ости.

Таким образом, мутация представляет собой изменение наследия и должна определяться неким изменением наследственного материала. На самом деле, большинство важных экспериментов по скрещиванию, объяснивших нам механизм наследственности, заключались в анализе потомства, полученного скрещиванием согласно разработанной схеме, носителей мутации (во многих случаях – нескольких мутаций) с немутантными особями или с носителями других мутаций. Кроме того, поскольку мутации наследуются, они являются подходящим материалом, с которым может работать естественный отбор, производя новые виды, как описал Дарвин, путем вымирания неприспособленных и выживания сильнейших. Нужно лишь заменить в теории Дарвина «незначительные случайные вариации» на «мутации» (так же, как квантовая теория заменяет «постоянный перенос энергии» «квантовым переходом»). Во всех прочих аспектах теория Дарвина нуждалась в незначительной корректировке, если я правильно понимаю точку зрения большинства биологов. Активно обсуждался вопрос, способствует ли естественному отбору (или даже доминирует ли над ним) явная склонность мутаций происходить в благоприятном направлении. У меня на данный момент нет своей точки зрения, однако следует отметить, что возможность «направленности» мутаций далее не учитывается. Более того, я не могу уделить внимание взаимодействию генов-«переключателей» и «полигенов», как бы ни были они важны для механизма естественного отбора и эволюции.

Локализация, доминантность и рецессивность

Теперь следует рассмотреть фундаментальные факты и понятия, касающиеся мутаций, вновь в немного категоричной форме, не затрагивая напрямую подтверждающие их экспериментальные доказательства.

Рис. 8. Гетерозиготный мутант. Крестиком показан ген с мутацией

Разумно предположить, что некую наблюдаемую мутацию вызывает изменение определенного участка одной из хромосом. Так и есть. Важно отметить, что мы точно знаем: это изменение затрагивает лишь одну хромосому, но не соответствующий «локус» на гомологичной хромосоме. Это схематично показано на рис. 8; мутировавший локус обозначен крестиком. Факт, что мутация происходит только в одной хромосоме, можно доказать, скрестив мутантную особь («мутанта») с нормальной. Половина потомства будет обладать мутантным признаком, а другая половина – нормальным. Этого следует ожидать вследствие расхождения двух хромосом у мутанта во время мейоза, как схематично показано на рис. 9. Это «фамильное дерево», на котором каждая особь (из трех последовательных поколений) представлена парой рассматриваемых хромосом. Имейте в виду, что если у мутанта затронуты обе хромосомы, все его потомки получат одинаковое (смешанное) наследие, отличное от родительского.

Рис. 9. Наследование мутации. Поперечные прямые линии показывают передачу хромосомы, двойные линии – передачу мутантной хромосомы. Неучтенные хромосомы третьего поколения пришли от партнеров второго поколения, не включенных в схему. Предполагается, что это не родственники, лишенные мутаций

Однако эксперименты в данной области не столь просты, как может показаться. Их затрудняет второй важный фактор, а именно то, что мутации очень часто латентны. Что это означает?

У мутанта две «копии кода» уже не идентичны, а представляют собой два различных «прочтения», или «версии», по крайней мере в одном конкретном месте. Следует отметить, что, как бы заманчиво это ни выглядело, нельзя считать исходную версию «ортодоксальной», а мутантную – «еретической». В принципе мы должны полагать, что они имеют равное право на существование, поскольку нормальные признаки также возникли благодаря мутациям.

Рис. 10. Гомозиготный мутант, представленный одной четвертью потомства, появившегося путем самооплодотворения гетерозиготного мутанта (рис. 8) либо скрещивания двух гетерозиготных мутантов

В действительности «структура» особи, как правило, определяется той или иной версией, которая может быть нормальной либо мутантной. Определяющую версию называют доминантной, другую – рецессивной. Иными словами, мутация является доминантной или рецессивной в зависимости от того, меняет ли она непосредственно структуру или нет.

Рецессивные мутации встречаются намного чаще доминантных и крайне важны, хотя поначалу никак не проявляют себя. Чтобы повлиять на структуру, они должны присутствовать на обеих хромосомах (см. рис. 10). Подобные особи появляются, когда друг с другом скрещиваются два одинаковых рецессивных мутанта или когда мутант скрещивается сам с собой. Такое бывает у гермафродитных растений и даже случается спонтанно. В данном случае около одной четверти потомков будут носителями двух мутантных хромосом, а значит, у них проявится мутантный признак.

Немного технических терминов

Полагаю, для ясности следует объяснить несколько технических терминов. То, что я назвал версией кода – исходной или мутантной, – называют аллелью. Если версии различаются, как на рис. 8, особь называют гетерозиготной по данному локусу. Если версии одинаковы, как у немутантной особи или в случае, показанном на рис. 10, такие организмы называют гомозиготными. Так, рецессивная аллель влияет на структуру только в гомозиготном состоянии, в то время как доминантная аллель дает одну и ту же структуру и в гомозиготном, и в гетерозиготном состоянии.

Цвет часто доминирует над бесцветностью (или белизной). Например, горох обладает белыми цветками, только когда содержит в обеих соответствующих хромосомах «рецессивную аллель, отвечающую за белизну», то есть когда он «гомозиготен по белизне». Этот признак будет наследоваться, и все потомки данного растения станут цвести белым цветом. Однако присутствие одной «красной аллели» (в то время как другая остается белой – у «гетерозиготы») – равно как и две «красных аллели» (у «гомозиготы») – заставит горох цвести красными цветками. Различие последних двух случаев проявится только в потомстве, когда красные гетерозиготы дадут несколько белых потомков, а красные гомозиготы сохранят признак.

Факт, что две особи могут обладать совершенно одинаковой внешностью, но разной наследственностью, является столь важным, что следует точно разграничить эти понятия. Генетики говорят, что у таких особей одинаковый фенотип, однако разный генотип. Таким образом, вышеизложенное можно суммировать кратким, но в высшей степени техническим утверждением: рецессивная аллель влияет на фенотип лишь в том случае, когда генотип гомозиготен.

Мы будем использовать эти технические термины, однако при необходимости будем напоминать читателю их значение.

Опасное влияние близкородственного скрещивания

В гетерозиготном состоянии рецессивные мутации – неподходящий материал для естественного отбора. Если они вредны, как часто и бывает, то все равно сохраняются в силу своей латентности. Поэтому значительное количество неблагоприятных мутаций может накапливаться, не причиняя непосредственного вреда. Однако они передаются половине потомков – и это имеет большое значение для человека, домашнего скота, птицы и любого другого вида, физическое состояние которого нас заботит. На рис. 9 предполагается, что особь мужского пола, например я сам, несет рецессивную вредную мутацию в гетерозиготном состоянии, то есть она не проявляется. Предположим, у моей жены нет такой мутации. Тогда половина наших детей (второе поколение) окажется носителями мутации – снова гетерозиготной. Если все они опять выберут себе партнеров без мутаций (не показаны на схеме для ясности), около четверти наших внуков будут обладать гетерозиготной мутацией.

Никакого вреда не случится, если только особи с одинаковой мутацией не скрестятся друг с другом. В таком случае, как показывают нехитрые расчеты, четверть их детей будет гомозиготной, и у них неблагоприятная мутация проявится. Помимо самооплодотворения, которое возможно лишь у растений-гермафродитов, наибольшую опасность будет представлять брак между моим сыном и моей дочерью. Каждый из них обладает равными шансами оказаться или не оказаться носителем опасной мутации, и четверть таких кровосмесительных союзов приведет к тому, что у четверти их потомков она проявится. Таким образом, вероятность заболеть у родившегося от подобного союза ребенка окажется 1:16.

Аналогичным образом вероятность заболеть будет составлять 1:64 у потомка союза между двумя моими («чистокровными») внуками, являющимися двоюродными братом и сестрой. Это не слишком высокая вероятность, и второй вариант обычно считают приемлемым. Но не забывайте, что мы рассмотрели последствия лишь одного латентного повреждения у одного партнера предковой пары («я и моя жена»). В действительности они оба скорее всего несут несколько подобных латентных изъянов. Если вы точно знаете, что являетесь обладателем некой мутации, не забывайте, что 1 из 8 ваших кузенов и кузин также может нести ее! Эксперименты на растениях и животных свидетельствуют о том, что, помимо сравнительно редких серьезных пороков, существует множество не столь значительных дефектов, которые в совокупности способны повредить потомку близкородственного скрещивания. Поскольку мы больше не избавляемся от неудачных экземпляров, как это делали суровые спартанцы в горах Тайгет, следует относиться к этим вопросам серьезно, в случае человека, для которого не всегда соблюдается выживание сильнейших, а то и реализуется противоположная ситуация. Противодействующее отбору влияние современного массового убийства здоровых молодых людей всех национальностей перевешивает рассуждения о том, что в более примитивных условиях война могла производить положительный эффект, способствуя выживанию наиболее приспособленного клана.

Общие и исторические комментарии

Удивителен факт, что рецессивная аллель в гетерозиготном состоянии полностью подавляется доминантной и не дает видимого эффекта. Следует отметить, что из этого правила есть исключения. Если скрестить гомозиготный белый львиный зев с гомозиготным малиновым, все потомки первого поколения будут обладать «промежуточным» цветом, то есть розовым, а не малиновым, как можно было бы ожидать. Намного более важным примером одновременного проявления двух аллелей являются группы крови, но мы не будем здесь на них останавливаться. Не удивлюсь, если в конце концов выяснится, что рецессивность обладает уровнями и ее проявления зависят от чувствительности тестов, которые мы используем для анализа «фенотипа».

Уместно вспомнить раннюю историю генетики. Суть теории, закон наследования последующими поколениями признаков, по которым различаются родители, и – что особенно важно – разграничение рецессивных и доминантных признаков сформулировал всемирно известный аббат-августинец Грегор Мендель (1822–1884). Он ничего не знал о мутациях и хромосомах. В своем монастырском саду в Брюнне (Брно) Мендель проводил эксперименты на горохе: сажал различные разновидности, скрещивал и наблюдал за потомками в 1, 2, 3-м… поколениях. Можно сказать, он экспериментировал с мутантами, предоставленными ему природой. В 1886 году Мендель опубликовал результаты в «Трудах Брюннского общества естествоиспытателей». Никто не обращал особого внимания на хобби аббата – и уж точно никто и представить не мог, что в XX веке его открытие станет путеводной звездой для совершенно нового научного направления, одного из самых интересных в наши дни. Его статью забыли. Лишь в 1900 году о ней одновременно вспомнили Корренс[19] (Берлин), де Фриз (Амстердам) и Чермак[20] (Вена).

Необходимость редкости мутации

До настоящего момента мы в основном говорили о вредоносных мутациях, которые, возможно, являются самыми многочисленными; однако следует отметить, что встречаются и полезные мутации. Если спонтанная мутация есть небольшой шажок в развитии вида, то складывается впечатление, что определенные изменения «подбираются» весьма произвольным образом, рискуя причинить вред, в случае чего они тут же уничтожаются. Из этого следует важный вывод. Чтобы являться подходящим материалом для естественного отбора, мутации должны происходить редко – что и наблюдается в действительности. Если бы они случались так часто, что существовала бы вероятность появления у одной особи, скажем, десятка мутаций, вредоносные, как правило, преобладали бы над полезными, и вид не улучшался бы в результате отбора, а оставался бы прежним или вымирал бы. Умеренный консерватизм, являющийся следствием высокой стабильности генов, играет существенную роль. Можно провести аналогию с работой крупной производственной установки на фабрике. Чтобы выработать лучшие методы, необходимо применять инновации, в том числе неопробованные. Но чтобы установить, улучшит или ухудшит инновация работу, нужно пробовать их по одной, не изменяя другие детали механизма.

Мутации, вызванные рентгеновскими лучами

Теперь рассмотрим блистательный цикл генетических исследований, которые внесут наиболее значимый вклад в наш анализ.

Процент мутаций у потомства, так называемую частоту мутаций, можно повысить в сравнении с низкой природной частотой мутаций, облучив родителей рентгеновскими или гамма-лучами. Полученные таким образом мутации ничем (кроме количества) не отличаются от спонтанных, и складывается впечатление, что рентгеновские лучи также могут вызывать «природные» мутации. У дрозофилы многие особые мутации спонтанно происходят снова и снова в больших культурах; их местоположение картировали на хромосоме и дали им специальные названия. Более того, были обнаружены «множественные аллели», то есть две и более различных «версий» и «прочтений» – помимо нормальной, немутантной – одного участка хромосомного кода. Это означает существование не двух, но трех и более вариантов данного конкретного «локуса», любые два из которых относятся друг к другу как «доминантные/рецессивные», когда одновременно встречаются в соответствующих локусах двух гомологичных хромосом.

Эксперименты с мутациями, индуцированными рентгеновским излучением, создают впечатление, что каждый «переход», скажем, от нормальной особи к некому мутанту или наоборот, обладает своим «рентгеновским коэффициентом», выражающим процент потомков, которые мутировали данным образом при воздействии на родителей стандартной дозы рентгеновского излучения до зачатия.

Первый закон. Мутация – единичное событие

Более того, законы, управляющие частотой индуцированных мутаций, просты и наглядны. Здесь я буду придерживаться сообщения Н.В Тимофеева-Ресовского[21], опубликованного в «Биологических обзорах», т. IX за 1934 год. В значительной степени оно касается блистательной работы самого автора. Первый закон таков:

(1) Рост частоты мутаций точно пропорционален дозе облучения, поэтому можно говорить [как это сделал я] о коэффициенте роста.

Мы настолько привыкли к простой пропорциональности, что можем недооценить далеко идущие следствия этого нехитрого закона. Чтобы их понять, давайте вспомним, что, например, цена товара отнюдь не всегда пропорциональна его количеству. При обычных обстоятельствах продавец настолько удивится, если вы купите у него шесть апельсинов, что, когда вы решите взять целую дюжину, может отдать ее дешевле двойной цены за шесть штук. Во времена дефицита происходит обратное. В настоящем случае мы делаем вывод, что первая половинная доза радиации, которая, скажем, вызывает мутации у одного из тысячи потомков, не затрагивает всех остальных – не делает их более склонными или устойчивыми к мутации. Иначе повторная половинная доза не вызвала бы снова лишь одну мутацию на тысячу. Таким образом, мутация не является кумулятивным эффектом, к которому приводят последовательные небольшие дозы радиации, усиливающие друг друга. Она должна представлять собой единичное событие, происходящее в одной хромосоме во время облучения. Что это за событие?

Второй закон. Локализация события

На данный вопрос отвечает второй закон, а именно:

(2) Если варьировать характеристики (длину волны) излучения в широких пределах, от мягких рентгеновских лучей до весьма жестких гамма-лучей, коэффициент останется неизменным, при условии, что вы будете использовать одну и ту же дозу в так называемых рентгенах. То есть если определите дозу, измерив общее количество ионов, производимых на единицу объема в соответствующем стандартном веществе в том же месте и в то же время, когда подвергнутся облучению родители.

В качестве стандартного вещества используют воздух – не только ради удобства, но и потому, что органические ткани построены из элементов с таким же атомным весом. Нижний[22] порог величины ионизации или сопряженных процессов (возбуждений) в тканях получают, умножив уровень ионизации воздуха на отношение плотностей. Таким образом, очевидно – и более серьезное исследование подтверждает это, – что единичное событие, вызывающее мутацию, представляет собой ионизацию (или сходный процесс), происходящую в некоем «критическом» объеме половой клетки. Каков этот критический объем? Его можно оценить на основании частоты мутаций посредством следующего рассуждения: если доза в 50 000 ионов на 1 см^3 приводит к вероятности возникновения мутации 1:1000 в любой конкретной гамете (что оказалась в области облучения), «цель», в которую следует «попасть» ионизации для появления этой мутации, занимает лишь одну пятидесятимиллионную долю сантиметра кубического. Эти числа не соответствуют действительности и приведены исключительно ради примера. Реальную оценку дает М. Дельбрюк[23] в статье Дельбрюка, Н. В. Тимофеева-Ресовского и К. Г. Циммера[24], которая также является основным источником теории, изложенной в следующих двух главах. Он приводит значение десять средних атомных расстояний в кубе, где содержится всего лишь около 10^3 – тысяча – атомов. Простейшая интерпретация данного результата заключается в том, что существует высокая вероятность вызвать мутацию, если ионизация (или возбуждение) имеет место «не далее чем в десяти атомах» от данного конкретного места хромосомы. Обсудим это подробнее.

В отчете Тимофеева-Ресовского есть практический намек, который я обязан упомянуть, пусть он и не имеет отношения к нашему текущему исследованию. В реальной жизни человек часто подвергается рентгеновскому излучению. Сопряженные с этим прямые опасности – такие как ожоги, лучевой рак, бесплодие – хорошо известны, для защиты от них используют свинцовые экраны, фартуки и т. п., особенно медсестры и врачи, вынужденные регулярно иметь дело с излучением. Суть в том, что, несмотря на успешную защиту от непосредственных угроз, также существует непрямая опасность возникновения вредоносных мутаций в половых клетках – подобных тем, что мы обсуждали, рассматривая неблагоприятный исход близкородственного скрещивания. Выражусь резко, пусть и немного наивно: опасность брака между двоюродными братьями и сестрами может возрасти в том случае, если их бабушка долгое время работала медсестрой и занималась рентгеном. Не следует принимать это близко к сердцу. Однако обществу нужно тревожиться о любой возможности постепенно поразить человеческую расу нежелательными латентными мутациями.

Глава 4

Квантово-механическое доказательство

И пусть твой дух как пламя вознесен, подобьями довольствуется он.

И. В. Гёте. Prooemion

Постоянство, не объяснимое классической физикой

Итак, с помощью чудесного тонкого инструмента – рентгеновских лучей, благодаря которым, как помнят физики, тридцать лет назад была детально изучена атомная решетка кристаллов, биологи и физики, объединив усилия, опустили верхний предел размера микроскопических структур, отвечающих за определенные крупномасштабные признаки особи – «размер гена». Теперь перед нами встал серьезный вопрос: как с точки зрения статистической физики примирить те факты, что структура генов включает сравнительно небольшое число атомов (порядка 1000, а то и меньше), но тем не менее проявляет в высшей степени регулярную и упорядоченную активность, с постоянством и стабильностью, граничащими с чудом?

Позвольте мне еще раз подчеркнуть эту удивительную ситуацию. Несколько представителей династии Габсбургов обладают странной деформацией нижней губы – «габсбургской губой». Под покровительством императорского семейства Венская императорская академия тщательно изучила ее наследование и опубликовала результаты, вместе с историческими портретами. Судя по всему, этот признак является истинно менделевской «аллелью» по отношению к нормальной форме губы. Сосредоточившись на портретах члена семейства, жившего в XVI веке, и его потомка, жившего в XIX веке, можно смело предположить, что материальная структура гена, ответственная за эту аномальную черту, передавалась из поколения в поколение, воспроизводимая при каждом из не слишком многочисленных клеточных делений, разделяющих этих двух людей. Более того, число атомов, вовлеченных в соответствующую генную структуру, скорее всего, имеет тот же порядок, что и в случаях, изученных с помощью рентгеновского излучения. Все это время ген находился при температуре около 98 °F[25]. Как объяснить, что за столетия разупорядочивающее тепловое движение не нарушило его целостности?

В конце прошлого века физик не смог бы ответить на данный вопрос, если бы опирался только на законы природы, которые был способен истолковать и действительно понимал. Поразмыслив о статистической ситуации, он бы сказал (как мы заметим, совершенно верно): этими материальными структурами могут быть только молекулы. К тому времени химия уже обладала обширными знаниями о существовании, а иногда и очень высокой стабильности таких атомных ассоциаций. Однако эти знания были чисто эмпирическими. Природа молекул оставалась загадкой – крепкая связь между атомами, поддерживающая форму молекулы, ставила всех в тупик. Да, это был бы верный ответ, однако его ценность была бы ограничена до тех пор, пока загадочная биологическая стабильность сводилась бы лишь к не менее загадочной химической стабильности. Свидетельство того, что два признака со схожим проявлением основаны на одном принципе, всегда шатко, если этот принцип неизвестен.

Объяснение квантовой теории

В данном случае объяснение дает квантовая теория. Согласно современным знаниям, механизм наследственности тесно связан – нет, основывается на самом базисе квантовой теории. Теорию эту открыл Макс Планк[26] в 1900 году. Современную генетику можно датировать подтверждением де Фризом, Корренсом и Чермаком статьи Менделя (1900) и статьей де Фриза о мутациях (1903). Таким образом, две великие теории возникли почти одновременно, и неудивительно, что обеим следовало достичь определенной зрелости, прежде чем между ними проявится связь. Квантовой теории на это потребовалось более четверти века, пока в 1926 году В. Гайтлер[27] и Ф. Лондон[28] не разработали общие принципы квантовой теории химической связи. Теория Гайтлера – Лондона включает тонкие и сложные концепции последних достижений квантовой теории (квантовую механику, или волновую механику). Представить ее без вычислений практически невозможно или потребует отдельной небольшой книги. Но, к счастью, теперь, когда вся работа по прояснению нашего мышления проделана, можно прямо обозначить связь между квантовыми переходами и мутациями, выделить наиболее примечательную черту. Этим мы и займемся.

Квантовая теория – дискретные состояния – квантовые переходы

Величайшим откровением квантовой теории стало открытие дискретности в природе, в контексте, где, согласно сложившимся взглядам, что-либо кроме непрерывности выглядит абсурдным.

Первый подобный случай касался энергии. Крупное тело меняет энергию непрерывно. Например, раскачанный маятник постепенно замедляется благодаря сопротивлению воздуха. Странно, но следует признать, что система атомных масштабов ведет себя иначе. По причинам, в которые мы не можем здесь углубиться, нужно полагать, что маленькая система по природе своей обладает определенными дискретными величинами энергии, их называют свойственными ей энергетическими уровнями. Переход из одного состояния в другое представляет собой весьма загадочное событие, обычно называемое квантовым переходом.

Однако энергия – не единственная характеристика системы. Снова рассмотрим наш маятник, но такой, что осуществляет различные движения, – тяжелый шар, подвешенный на нитке к потолку. Он может качаться в направлении север – юг, или восток – запад, или любом ином, или описывать круг, или эллипс. Аккуратно обдувая шар мехами, можно заставить маятник непрерывно переключаться от одного вида движения к другому.

Для мелкомасштабных систем большинство этих или схожих характеристик – мы не станем вдаваться в детали – меняются дискретно. Они «квантованы», как энергия.

В результате атомные ядра с их электронными оболочками, оказываясь в непосредственной близости друг к другу и формируя систему, не могут принять любую произвольную конфигурацию. По своей природе они выбирают из многочисленного, но дискретного числа состояний[29]. Обычно мы называем их уровнями, или энергетическими уровнями, поскольку энергия играет важную роль в данной характеристике. Но следует понимать, что полное описание включает не только энергию. По сути надо говорить о состоянии как об определенной конфигурации всех частиц.

Переход из одной конфигурации в другую является квантовым переходом. Если вторая конфигурация обладает большей энергией («более высокий уровень»), для перехода необходимо снабдить систему извне количеством энергии, хотя бы равным разнице между двумя уровнями. Переход на низший уровень может происходить самопроизвольно, а избыток энергии будет рассеян в виде излучения.

Молекулы

Среди дискретных состояний некой выборки атомов может существовать самый нижний уровень, соответствующий близкому расположению ядер относительно друг друга. В таком состоянии атомы формируют молекулу. Следует подчеркнуть, что молекула поневоле будет обладать определенной стабильностью. Ее конфигурация остается неизменной, если извне нет притока энергии, равной хотя бы разнице, необходимой для «подъема» на более высокий уровень. Таким образом, эта разница между уровнями, имеющая количественное выражение, количественно определяет степень стабильности молекулы. Мы увидим, как тесно данный факт связан с самими основами квантовой теории – с дискретностью энергетических уровней.

Я вынужден просить читателя принять на веру то, что этот набор идей полностью подтверждается химическими фактами – и успешно объясняет основополагающую концепцию химической валентности и многие детали молекулярной структуры, энергию связи, стабильность при различных температурах и т. п. Я говорю о теории Гайтлера – Лондона, которую, как я уже упоминал, невозможно рассмотреть здесь подробно.

Их стабильность зависит от температуры

Мы должны удовлетвориться рассмотрением вопроса, представляющего важность для нашего биологического исследования, а именно стабильности молекулы при различных температурах. Предположим, что наша система атомов вначале находится в состоянии с минимальной энергией. Физик назовет это молекулой при абсолютном нуле температуры. Чтобы перевести ее на следующий более высокий уровень, необходим приток определенного количества энергии. Простейший способ предоставить его – «нагреть» молекулу, перенести ее в окружающую среду с большей температурой (термостат), тем самым позволив другим системам (атомам, молекулам) сталкиваться с нашей молекулой. Поскольку тепловое движение хаотично, не существует температурного порога, при котором «подъем» произойдет обязательно и немедленно. Скорее при любой температуре, отличной от абсолютного нуля, существует бо́льшая или меньшая вероятность такого «подъема», и она, разумеется, растет с ростом температуры в термостате. Лучший способ выразить эту вероятность – указать среднее время, которое придется ждать перехода, – «время ожидания».

Из эксперимента, согласно М. Полани[30] и Ю. Вигнеру[31], следует, что «время ожидания» преимущественно зависит от соотношения двух энергий: собственно энергетической разницы, необходимой для достижения желаемого эффекта, (обозначим ее W) и энергии, характеризующей интенсивность теплового движения при рассматриваемой температуре (обозначим абсолютную температуру T, а характеристическую энергию – kT)[32]. Очевидно, что чем выше переход в сравнении со средней тепловой энергией – то есть чем выше отношение W: kT, – тем меньше его вероятность и, соответственно, больше время ожидания. Удивительно, насколько сильно время ожидания зависит от сравнительно небольших изменений отношения W: kT. Приведу следующий пример (из Дельбрюка): если W в 30 раз больше kT, время ожидания составит 0,1 секунды, но вырастет до 16 месяцев при W в 50 раз больше kT – и до 30 000 лет при W в 60 раз больше kT!

Математическая интерлюдия

Возможно, следует выразить математическим языком – для читателей, которым это нравится, – причину столь высокой чувствительности к изменениям энергетической разницы или температуры, а также добавить несколько физических комментариев по этому поводу. Причина заключается в том, что время ожидания – обозначим его t – экспоненциально зависит от отношения W/kT:

где τ – некая малая константа порядка 10–13 или 10–14 c. Данная экспоненциальная функция возникла не случайно. Она вновь и вновь появляется в статистической теории и, так сказать, составляет ее основу. Это мера невероятности того, что количество энергии, равное W, случайно соберется в некой части системы, и именно эта невероятность возрастает столь сильно, когда данное количество многократно превышает «среднюю энергию» kT.

На самом деле, W = 30 kT (см. пример выше) – уже редкий случай. То, что он не приводит к очень долгому времени ожидания (всего 0,1 секунды в нашем примере), разумеется, связано с малостью фактора τ. Этот фактор имеет физическое значение. Он примерно соответствует периоду колебаний, постоянно происходящих в системе. В широком смысле можно сказать, что, согласно этому фактору, вероятность накопления нужного количества W, пусть и небольшая, реализуется снова и снова «при каждом колебании», то есть 10^13–10^14 раз в секунду.

Первая поправка

Приведя эти рассуждения в качестве теории стабильности молекулы, мы по умолчанию полагали, что квантовый переход («подъем») ведет если не к полному распаду, то по меньшей мере к значительному изменению конфигурации атомов – изомерной молекуле, как выразился бы химик, то есть молекуле, состоящей из тех же атомов, которые организованы другим образом (в биологии это будет другая «аллель» в том же «локусе», а квантовый скачок будет соответствовать мутации).

Чтобы использовать подобную интерпретацию, необходимо скорректировать два момента в нашей истории, которую я намеренно упростил для ясности. На основании моих слов можно решить, будто лишь в самом нижнем энергетическом состоянии группа атомов формирует то, что мы называем молекулой, а на следующей ступени превращается в «нечто иное». Это не так. В действительности за низшим уровнем следует плотная серия уровней, на которых не происходит значительных изменений конфигурации и которые соответствуют слабым колебаниям атомов, упомянутым выше. Уровни тоже «квантованы», но ступени между ними сравнительно малы. Поэтому удары частиц в «термостате» могут перевести молекулу на данные уровни при достаточно низких температурах. Если молекула представляет собой протяженную структуру, то можно считать эти колебания высокочастотными звуковыми волнами, пробегающими по молекуле, но не причиняющими ей вреда.

Итак, первая поправка не слишком серьезна: мы должны пренебречь «тонкой колебательной структурой» диаграммы энергетических уровней. Под «следующим более высоким уровнем» следует понимать уровень, соответствующий значительному изменению конфигурации.

Вторая поправка

Объяснить вторую поправку намного труднее, поскольку она связана с жизненно важными, но весьма сложными особенностями диаграммы значимо различающихся уровней. Свободный переход между уровнями может быть затруднен, вне зависимости от требуемого количества энергии; на самом деле, может быть затруднен даже переход с верхнего уровня на нижний.

Рис. 11. Два изомера пропилового спирта

Начнем с эмпирических фактов. Химик знает, что одна и та же группа атомов может объединяться различными способами, формируя молекулы. Такие молекулы называют изомерами («состоящими из одинаковых частей»; ἴσος – одинаковый, μέρος – часть). Изомерия – правило, а не исключение. Чем крупнее молекула, тем больше изомеров может существовать. На рис. 11 показан один из простейших случаев, два вида пропилового спирта, каждый включает 3 атома углерода (С), 8 атомов водорода (H) и один атом кислорода (O)[33]. Последний может стоять между любым водородом и углеродом, однако лишь два случая на рисунке являются различными веществами. Так оно и есть. Все их химические и физические константы заметно различаются. Кроме того, различаются их энергии – они представляют собой «различные уровни».

Примечательным является факт, что обе молекулы стабильны и ведут себя так, словно являются «низшими состояниями». Не происходит спонтанного перехода из одного состояния в другое.

Причина заключается в том, что эти две конфигурации не соседствующие. Переход из одной в другую может осуществиться лишь через промежуточные конфигурации, обладающие большей энергией. Грубо говоря, кислород нужно извлечь из одного положения и перенести в другое. Судя по всему, не существует способа сделать это, минуя конфигурации со значительно большей энергией. Положение дел иногда образно изображают так, как представлено на рис. 12, где 1 и 2 соответствуют двум изомерам, 3 – «порогу» между ними, а две стрелки показывают «подъем», то есть количество энергии, необходимое для перехода из состояния 1 в состояние 2 или из состояния 2 в состояние 1 соответственно.

Рис. 12. Энергетический порог (3) между изомерными уровнями (1) и (2). Стрелками показаны минимальные энергии, необходимые для перехода

Теперь мы можем внести «вторую поправку», она заключается в том, что переходы подобного «изомерного» рода – единственное, что интересует нас в приложении к биологии. Именно их мы имели в виду, рассматривая «стабильность». Под «квантовым переходом» мы подразумеваем переход из одной относительно стабильной молекулярной конфигурации в другую. Количество энергии, необходимое для перехода (W), есть не реальная разница между уровнями, а шаг с исходного уровня на пороговый (см. стрелки на рис. 12).

Переходы без порога между исходным и конечным состоянием нас совершенно не интересуют – и не только в биологическом смысле. Они ничего не привносят в химическую стабильность молекулы. Почему? У них нет длительного эффекта, они остаются незамеченными. Когда они происходят, мгновенно следует возврат в исходное состояние, которому ничто не препятствует.

Глава 5

Обсуждение и проверка модели Дельбрюка

Действительно, как свет проявляет себя и тьму, так истина служит стандартом самой себя и ошибки.

Б. Спиноза. Этика. Ч. II, положение 43

Общий взгляд на наследственный материал

Из данных фактов вытекает простой ответ на наш вопрос: могут ли эти структуры, построенные из относительно небольшого числа атомов, длительное время противостоять тепловому движению, которому непрерывно подвергается наследственный материал? Предположим, что ген представляет собой огромную молекулу, способную лишь на дискретные изменения, заключающиеся в перестановке атомов и появлении изомерных молекул. Для удобства я и дальше буду называть этот переход изомерным, хотя нелепо исключать возможность обмена с окружающей средой. Перестановка может затронуть небольшой участок гена, и вероятно множество различных перестановок. Энергетические пороги, отделяющие существующую конфигурацию от любой изомерной, должны быть достаточно высоки в сравнении со средней тепловой энергией атома, чтобы такой обмен являлся редким событием. Подобные редкие события мы назовем спонтанными мутациями.

Остаток главы будет посвящен проверке этого общего взгляда на ген и мутацию, которым мы обязаны в основном немецкому физику Дельбрюку, путем подробного сравнения с генетическими фактами. Но прежде сделаем несколько уместных комментариев об основании и общей природе теории.

Уникальность взгляда

Необходимо ли при рассмотрении биологического вопроса копать столь глубоко и основывать взгляд на квантовой механике? Сейчас предположение о том, что гены являются молекулами, широко распространено. Найдется мало биологов – знакомых с квантовой теорией или нет, – кто не согласится с ним. Ранее мы позволили доквантовому физику озвучить его как единственное разумное объяснение наблюдаемой стабильности. Последующие рассуждения об изомерии, пороговой энергии, важной роли отношения W: kT в определении вероятности изомерного перехода можно было бы представить с чисто эмпирической позиции, уж точно не обращаясь к квантовой теории. Почему же я так настаивал на квантово-механической точке зрения, хотя и не могу доступно объяснить ее в этой книге и рискую утомить читателей?

Квантовая механика – первая теоретическая точка зрения, основные принципы которой позволяют учесть все виды скоплений атомов, встречающиеся в природе. Зависимость Гайтлера – Лондона – уникальная, исключительная особенность данной теории, придуманная не для объяснения химической связи. Она возникает сама по себе, весьма интересным и загадочным образом, на основании различных рассуждений. Полностью согласуется с наблюдаемыми химическими фактами, и, как я уже говорил, это уникальная особенность, достаточно понятная, чтобы сказать с определенной уверенностью: в квантовой теории «такого больше не произойдет».

Соответственно, мы можем смело утверждать, что у молекулярного объяснения наследственного материала нет альтернативы. Физическая точка зрения не позволяет иным образом объяснить его стабильность. Если взгляд Дельбрюка не подтвердится, то мы будем вынуждены сдаться. Это первое мое заявление.

Традиционные заблуждения

Однако вы можете спросить: неужели молекулы – единственные стабильные структуры из атомов? А как насчет, например, золотой монеты, две тысячи лет пролежавшей в гробнице и сохранившей отчеканенный на ней портрет? Конечно, монета состоит из множества атомов, но в данном случае мы не склонны объяснять сохранение формы статистикой простых чисел. То же самое касается выросших в скале аккуратных кристаллов, остающихся неизменными на протяжении геологических эпох.

Это подводит нас ко второму вопросу, который я хочу прояснить. Случаи молекулы, твердого вещества и кристалла не так уж различаются. В свете современных знаний они почти одинаковы. К сожалению, школьное образование придерживается определенных традиционных взглядов, а они давно устарели и затрудняют понимание действительного положения вещей.

Информация о молекулах, которую мы получаем в школе, не дает ни малейшего приставления о том, что они ближе к твердому состоянию, нежели к жидкому или газообразному. Напротив, нас учат различать физические превращения, такие как плавление или испарение, при которых молекулы сохраняются (например, этиловый спирт в твердом, жидком и газообразном состоянии всегда состоит из одних и тех же молекул, C_2H_6O), и химические, такие как горение спирта:

C_2H_6O + 3O_2 = 2CO_2 + 3H_2O,

при котором молекула спирта и три молекулы кислорода претерпевают перестановку и превращаются в две молекулы углекислого газа и три молекулы воды.

Про кристаллы нам говорят, что они формируют тройные периодические решетки, в них иногда можно узнать структуру отдельной молекулы, как в случае спирта и большинства органических веществ, в то время как в других кристаллах, например каменной соли (NaCl), нельзя четко выделить молекулы NaCl, поскольку каждый атом Na симметрично окружен шестью атомами Cl, и наоборот, а потому пары молекулярных партнеров обозначаются весьма условно.

Наконец, нас учат, что твердое вещество бывает кристаллическим или нет – в последнем случае его называют аморфным.

Различные состояния материи

Я не стану заявлять, будто все эти утверждения и разграничения ошибочны. Иногда весьма полезны для практических целей. Однако при истинном рассмотрении структуры материи пределы следует обозначать иначе. Фундаментальное различие лежит между двумя строками данной схемы «уравнений»:

молекула = твердое вещество = кристалл

газ = жидкость = аморфное вещество

Вкратце объясним эти утверждения. Так называемые аморфные твердые вещества в действительности не являются ни аморфными, ни твердыми. Рентгеновский анализ выявил рудиментарную структуру кристалла графита в «аморфном» угольном волокне. Итак, уголь представляет собой твердое и одновременно кристаллическое вещество. Если кристаллической структуры не выявлено, то материал следует считать жидкостью с очень высокой «вязкостью» (внутренним трением). Отсутствие четко определенной температуры плавления и скрытой теплоты плавления свидетельствует о том, что такое вещество не является истинно твердым. При нагревании оно постепенно размягчается и в конце концов становится жидким. Помню, в конце Первой мировой войны нам в Вене выдавали похожую на асфальт субстанцию в качестве заменителя кофе. Она была такой твердой, что приходилось использовать стамеску или топорик, чтобы разломать маленький кирпичик на гладкие кусочки. Однако со временем субстанция начинала вести себя как жидкость, уплотняясь в нижней части сосуда, где вы имели неосторожность оставить ее на пару дней.

Непрерывность газовой и жидкой фазы хорошо известна. Можно постепенно сжижать газ, минуя так называемую критическую точку. Но здесь мы не будем этого касаться.

Действительно значимое различие

Мы только что разъяснили в представленной выше схеме все, кроме самого главного, а именно нашего желания считать молекулу твердым = кристаллическим веществом.

Причина заключается в том, что формирующие молекулу атомы – вне зависимости от их количества – связывают силы той же природы, что и многочисленные атомы, составляющие истинно твердое вещество, кристалл. Молекула демонстрирует стойкость структуры, схожую с кристаллической. Помните, что этой же стойкостью мы объясняем стабильность гена!

Важное различие в структуре вещества определяется тем, связаны ли атомы этими «укрепляющими» силами Гайтлера – Лондона или нет. В твердом веществе и в молекуле – да. В состоящем из отдельных атомов газе, например парах ртути, – нет. В газе, состоящем из молекул, только атомы в каждой молекуле соединены подобным образом.

Апериодическое твердое вещество

Маленькую молекулу можно считать зародышем твердого вещества. Существует два способа строить на основе этого маленького твердого зародыша более крупные ассоциации. Первый весьма скучен: снова и снова повторять одну и ту же структуру в трех направлениях. Так происходит в растущем кристалле. После установления периодичности не существует определенного предела размеров агрегата. Второй способ – собирать более крупный агрегат, не прибегая к утомительному повторению. Это касается сложных органических молекул, в которых каждый атом и группа атомов играют определенную роль, не полностью эквивалентную ролям других атомов, как наблюдается в периодической структуре. Мы можем назвать данный случай апериодическим кристаллом или твердым веществом и выразить нашу гипотезу следующим образом: мы считаем, что ген – а может, и вся хромосомная фибрилла[34] – представляет собой апериодическое твердое вещество.

Разнообразие содержания миниатюрного кода

Часто задают вопрос: как крупинка вещества – ядро оплодотворенной яйцеклетки – вмещает сложный код, определяющий будущее развитие организма? Упорядоченное скопление атомов, обладающее необходимой стабильностью для поддержания своей упорядоченности, выглядит единственной подходящей материальной структурой, подразумевающей возможность достаточного количества различных («изомерных») перестроек для установления сложной системы «определителей» в небольших пространственных рамках. Действительно, не слишком много атомов в такой структуре хватит для почти бесконечного числа возможных перестановок. Сравним это с азбукой Морзе. Два различных символа – точка и тире – в упорядоченных группах, имеющих не более четырех символов, позволяют получить тридцать различных обозначений. Если добавить к точке и тире третий символ и использовать группы, содержащие не более десяти символов, можно будет обозначить 88 572 различные «буквы». Увеличив число символов до пяти, а длину групп – до двадцати пяти, мы получим 372 529 029 846 191 405 «букв».

Мне возразят, что это сравнение ошибочно, поскольку символы азбуки Морзе могут иметь различный состав (например, ⋅– и ⋅⋅—), а значит, являются плохим примером изомерии. Чтобы исправить этот недостаток, давайте выберем из третьего примера только комбинации, содержащие ровно 25 символов и ровно по 5 символов каждого вида (5 точек, 5 тире и т. д.). Согласно приблизительным подсчетам, число сочетаний составит 62 330 000 000 000, где нули справа заменяют цифры, которые я не стал вычислять.

Разумеется, в реальности отнюдь не «каждая» организация группы атомов будет представлять собой возможную молекулу. Кроме того, код нельзя выбрать произвольным образом, ведь он сам должен быть действующим фактором, вызывающим развитие. С другой стороны, число, взятое нами для примера (25), очень мало, и мы допустили только простые перестановки в линейной последовательности. Я хочу проиллюстрировать факт, что молекулярные представления о гене позволяют предположить возможность того, что миниатюрный код полностью соответствует сложному и конкретному плану развития и содержит способы его реализации.

Сравнение с фактами: уровень стабильности; дискретность мутаций

Давайте наконец сравним теоретическую картину с биологическими фактами. Очевидно, первый вопрос состоит в том, способна ли она объяснить наблюдаемую высокую стабильность. Являются ли пороговые значения, равные многократной средней тепловой энергии kT, разумными, лежат ли в пределах, даваемых обычной химией? Это тривиальный вопрос, на него можно ответить утвердительно, не прибегая к таблицам. Молекулы любого вещества, которое химик выделяет при некой температуре, должны при этой температуре обладать временем жизни не короче нескольких минут. (Мягко говоря; как правило, намного длиннее.) Таким образом, пороговые значения, с какими сталкивается химик, соответствуют порядку величин, объясняющих любой уровень стабильности, с которым может встретиться биолог. Пороговые значения, соотносящиеся друг с другом как 1:2, будут соответствовать временам жизни от доли секунды до десятков тысяч лет.

Но давайте приведем числа, которые нам еще пригодятся. Отношения W/kT, данные для примера на стр. 51, а именно:

дающие время жизни

0,1 с, 16 месяцев, 30 000 лет,

соответственно, при комнатной температуре будут соответствовать пороговым значениям, равным

0,9, 1,5, 1,8 электронвольт.

Нужно объяснить единицу электронвольт, которая весьма удобна для физиков, поскольку ее можно представить наглядно. Например, третье число (1,8) означает, что электрон, ускоренный напряжением около 2 вольт, приобретет достаточную энергию, чтобы при ударе вызвать переход. Для сравнения: батарейка обычного карманного фонарика дает напряжение около 3 вольт.

Эти рассуждения позволяют предположить, что изомерное изменение конфигурации в некой части нашей молекулы, вызванное случайной флуктуацией колебательной энергии, действительно может являться достаточно редким событием, чтобы интерпретировать его как спонтанную мутацию. Таким образом, используя принципы квантовой механики, мы объясняем удивительнейшую особенность мутаций, которая и привлекла внимание де Фриза, а именно их «скачкообразные» вариации без промежуточных форм.

Стабильность генов, выбранных естественным отбором

Обнаружив повышение частоты природных мутаций под воздействием любого ионизирующего излучения, можно решить, будто естественная частота мутаций зависит от радиоактивности почвы и воздуха, а также космического излучения. Однако количественное сравнение с результатами рентгеновского исследования показывает, что «природная радиация» намного слабее и объясняет лишь небольшую часть естественных мутаций.

Учитывая, что нам приходится доказывать редкость природных мутаций случайными флуктуациями теплового движения, не следует удивляться тому, что природа столь хитроумно выбрала пороговые значения, сделав мутацию редким событием. Ранее в лекциях мы пришли к выводу, что частые мутации вредят эволюции. Особи, по причине мутации приобретшие недостаточно стабильную генетическую конфигурацию, вряд ли могут надеяться на выживание своего «ультрарадикального», быстро мутирующего потомства. Вид избавится от них, а значит, приобретет стабильные гены путем естественного отбора

Иногда мутанты менее стабильны

Разумеется, не следует ожидать, что все мутанты, которые появляются в наших экспериментах по скрещиванию и которых мы отбираем для изучения их потомства, будут проявлять эту высокую стабильность. Ведь они еще не подверглись «испытанию» – а если и подверглись, были «отклонены» диким типом, возможно, из-за слишком высокой неустойчивости. В любом случае нас не удивит факт, что в действительности часть этих мутантов намного менее стабильна, нежели нормальные гены дикого типа.

Температура влияет на нестабильные гены меньше, чем на стабильные

Благодаря этому мы можем проверить нашу формулу мутабельности:

Не забудьте, что t – время ожидания возникновения мутации с энергетическим порогом W. Вопрос: как t меняется с температурой? Из вышеприведенной формулы нетрудно с хорошим приближением рассчитать отношение значений t при температурах T + 10 и T:

Поскольку экспонента отрицательна, это отношение меньше 1. Время ожидания снижается при повышении температуры, а мутабельность растет. Это можно проверить, и такую проверку провели на плодовой мушке дрозофиле, в диапазоне переносимых ею температур. На первый взгляд результаты оказались неожиданными. Низкая мутабельность генов дикого типа отчетливо выросла, однако сравнительно высокая мутабельность уже мутантных генов осталось прежней или выросла незначительно. Именно это и следует из сравнения двух формул. Высокое значение W/kT, необходимое, согласно первой формуле, для достижения больших t (стабильные гены), приведет к низкому значению соотношения из второй формулы, то есть значительному повышению мутабельности с температурой. Обратная величина, 2–5, приблизительно соответствует температурному коэффициенту в эмпирическом правиле Вант-Гоффа для обычных химических реакций.

Как рентгеновское излучение вызывает мутации

Теперь обратимся к частоте мутаций, индуцированных рентгеновским излучением. Из экспериментов по скрещиванию мы уже знаем, что, во-первых, согласно пропорциональности частоты мутаций дозе облучения, некое отдельное событие вызывает мутацию. Во-вторых, на основании количественных результатов и факта, что частота мутаций определяется интегральной плотностью ионизации и не зависит от длины волны, это отдельное событие должно представлять собой ионизацию или сходный процесс, происходящий в определенном объеме порядка 10 атомных расстояний в кубе, чтобы дать соответствующую мутацию. Согласно нашим взглядам, энергия для преодоления порога должна возникнуть благодаря этому взрывообразному процессу, ионизации или излучению. Я называю его взрывообразным, поскольку энергия, затраченная на один акт ионизации (кстати, это энергия не самого рентгеновского излучения, а созданного ею вторичного электрона), хорошо известна – это сравнительно большое значение, 30 электронвольт. Она должна значительно активировать тепловое движение в точке своего выделения и распространиться из нее тепловой волной – волной интенсивных колебаний атомов. Вероятно, тепловая волна способна обеспечить нужную пороговую энергию в 1–2 электронвольта при среднем «радиусе действия» около 10 атомных расстояний, хотя беспристрастный физик ожидал бы чуть меньшего радиуса действия. Можно полагать, что во многих случаях результатом такого взрыва станет не упорядоченный изомерный переход, а повреждение хромосомы, которое окажется фатальным, если путем изобретательного скрещивания убрать неповрежденного партнера – соответствующую хромосому из второго набора – и заменить ее партнером, также несущим повреждение в соответствующем гене. Именно это и наблюдается.

Его эффективность не зависит от спонтанной мутабельности

Эта картина позволяет если не предсказать другие особенности, то хотя бы легко их объяснить. Например, нестабильный мутант в среднем не проявляет более высокой частоты рентгеновских мутаций по сравнению со стабильным. Если при взрыве выделяется количество энергии, равное 30 электронвольтам, не следует ожидать, будто незначительные различия в энергетических порогах – скажем, 1 и 1,3 вольта – будут иметь существенное значение.

Обратимые мутации

В некоторых случаях переход изучили в обоих направлениях, то есть от некоего «дикого» гена к определенному мутанту и обратно, от мутанта к гену дикого типа. В такой ситуации естественная частота мутаций иногда близка, а иногда сильно различается. На первый взгляд это озадачивает, поскольку в обоих случаях вроде бы необходимо преодолеть один и тот же порог. Но, разумеется, это не всегда так, ведь отправной точкой является энергетический уровень начальной конфигурации, а он может быть различным для мутантного гена и гена дикого типа (см. рис. 12 на стр. 54, где «1» может означать аллель дикого типа, а «2» – мутантную аллель, более низкой стабильности которой соответствует более короткая стрелка).

В целом, я полагаю, «модель» Дельбрюка весьма неплохо выдерживает проверки, и мы можем использовать ее для дальнейших рассуждений.

Глава 6

Порядок, беспорядок и энтропия

Ни тело не может побудить сознание думать, ни сознание – побудить тело двигаться, или отдыхать, или делать что-либо еще (если таковое действие существует).

Б. Спиноза. Этика. Ч. III, положение 2

Примечательное общее следствие из модели

Позвольте обратиться к фразе, в которой я пытался объяснить, что молекулярный взгляд на ген, по крайней мере, делает вероятным, что миниатюрный код может соответствовать очень сложному и конкретному плану развития и содержать средства его выполнения. Хорошо, но как он это делает? Как превратить «вероятность» в истинное знание?

Молекулярная модель Дельбрюка в своей полной универсальности, судя по всему, не дает никаких намеков на принципы работы наследственного материала. Вряд ли данный вопрос будет подробно рассмотрен физиками в ближайшем будущем. Новые данные поступают – и, уверен, продолжат поступать – от биохимии под руководством физиологии и генетики.

Столь обобщенное описание структуры, приведенное выше, не дает подробной информации о работе генетического механизма. Это очевидно. Но, как ни странно, из него можно вывести одно общее следствие, которое, признаюсь, и побудило меня написать эту книгу.

Из общего взгляда Дельбрюка на наследственный материал вытекает следующее: живая материя не уклоняется от законов физики, установленных до настоящего времени, но скорее всего подчиняется иным законам физики, пока не открытым, которые, однако, после своего открытия станут гармоничной частью этой науки.

Порядок на основе порядка

Это трудноуловимый ход мысли, который можно неправильно понять во многих отношениях. Оставшиеся страницы будут посвящены его разъяснению. Предварительные догадки, грубые, но верные, содержатся в следующих рассуждениях:

В главе 1 объяснялось, что известные нам законы физики являются статистическими. Они имеют отношение к естественному стремлению вещей к беспорядку. Утверждение, что это верно для всех законов физики, пожалуй, спорно. Мы обсудим это в главе 7.

Однако чтобы осознать высокую стабильность наследственного материала, обладающего микроскопическим размером, мы были вынуждены избежать стремления к беспорядку посредством «изобретения молекулы», точнее, необычно крупной молекулы, настоящего шедевра высокодифференцированного порядка, охраняемого волшебной палочкой квантовой теории. Это «изобретение» не нарушило законов вероятности, но изменило их следствия. Физику известно, что квантовая теория модифицирует классические физические законы, особенно при низких температурах. Тому есть много примеров, и жизнь – один из них, особенно удивительный. Жизнь кажется упорядоченным и закономерным поведением материи, основанным не только на ее стремлении от порядка к беспорядку, но отчасти на поддерживаемом существующем порядке.

Я могу прояснить свою точку зрения для физиков, и только для них: судя по всему, живой организм представляет собой макроскопическую систему, ее поведение частично приближается к тому чисто механическому (в отличие от термодинамического) поведению, к которому стремятся системы, когда температура стремится к абсолютному нулю и молекулярный беспорядок прекращает свое существование.

Не-физик вряд ли поверит, что обычные законы физики, какие он считает прототипом нерушимой точности, основываются на статистическом стремлении материи к беспорядку. Я приводил примеры в главе 1. Их общим принципом является знаменитый второй закон термодинамики (принцип энтропии) и его не менее знаменитое статистическое обоснование. Я постараюсь очертить значение принципа энтропии для крупномасштабного поведения живого организма, на время позабыв все, что мы знаем о хромосомах, наследственности и т. п.

Живая материя избегает равновесия

Что является отличительной особенностью жизни? Когда материю называют живой? Когда она «что-то делает» – движется, обменивается веществом с окружающей средой и т. д., причем на протяжении значительно большего периода времени, чем при сходных обстоятельствах можно было бы ожидать от неживой материи. Если неживую систему изолировать или поместить в однородную среду, в большинстве случаев любое движение быстро прекратится в результате различных видов трения. Разницы электрических или химических потенциалов выровняются, вещества, склонные формировать химические соединения, сформируют их, а температура станет одинаковой из-за переноса тепла. После этого вся система превратится в мертвый, инертный комок материи. Будет достигнуто постоянное состояние, в котором не происходит наблюдаемых событий. Физик назовет это термодинамическим равновесием, или состоянием с максимальной энтропией.

На практике подобное состояние обычно устанавливается стремительно. В теории это зачастую еще не абсолютное равновесие, не истинный максимум энтропии. Однако финальное приближение к равновесию происходит очень медленно. На это могут уйти часы, годы, века… Приведу пример, в котором равновесие достигается достаточно быстро: если стакан с чистой водой и стакан с подсахаренной водой поставить вместе в герметично закрытый сосуд с постоянной температурой, вначале кажется, будто ничего не происходит и достигнуто полное равновесие. Однако через день-другой станет заметно, что чистая вода, обладающая бо́льшим давлением пара, постепенно испаряется и конденсируется на сахарном растворе, в результате чего второй стакан переполняется. Лишь когда чистая вода полностью испарится, сахар достигнет своей цели – равномерно распределится по доступной воде.

Это медленное приближение к окончательному равновесию нельзя принять за жизнь, и потому мы не будем рассматривать его. Я упомянул это, чтобы меня не обвинили в неточности.

Она питается отрицательной энтропией

Уклонение от быстрого скатывания в инертное состояние «равновесия» делает организм столь загадочным, что с древнейших времен человеческая мысль приписывала ему – а в некоторых местах по сей день приписывает – некую особую нефизическую или сверхъестественную силу (vis viva[35], энтелехия).

Каким образом живой организм избегает упадка? Очевидный ответ: при помощи еды, питья, дыхания и (в случае растений) ассимиляции – или метаболизма. Это греческое слово (μεταβάλλειν) означает изменение или обмен. Обмен чем? Без сомнения, изначально подразумевался обмен материей. (Так, по-немецки «метаболизм» называют Stoffwechsel [36].) Абсурдно считать «обмен материей» основополагающим. Любой атом азота, кислорода, серы и т. п. ничем не отличается от других. К чему ими меняться? В прошлом наше любопытство на время приглушили, сообщив, что мы питаемся энергией. В какой-то очень развитой стране (то ли в Германии, то ли в США, а может, и там и там) в ресторанах в меню, помимо цены, указывают энергетическую ценность каждого блюда. Излишне говорить, что в буквальном смысле это тоже абсурд. Энергоемкость взрослого организма столь же постоянна, как и его материальный состав. А поскольку каждая калория стоит столько же, сколько любая другая калория, непонятно, зачем ими меняться.

Что же такое ценное содержится в пище, которая позволяет нам выжить? На этот вопрос легко ответить. Каждый процесс или событие – назовите как хотите, – все, что происходит в природе, означает повышение энтропии той части света, где это происходит. Так, живой организм непрерывно повышает свою энтропию – или, можно сказать, производит положительную энтропию, – тем самым стремясь к опасному состоянию максимальной энтропии, то есть смерти. Чтобы держаться подальше от этого состояния – то есть жить, – организму необходимо постоянно черпать из окружающей среды отрицательную энтропию, которая, как мы сейчас поймем, в действительности является положительной. Организм питается отрицательной энтропией. Или, если выражаться яснее, важная особенность метаболизма заключается в том, что организму удается избавиться от всей той энтропии, какую он производит в ходе своей жизнедеятельности.

Что такое энтропия?

Что такое энтропия? В первую очередь нужно заметить, что это не туманная концепция или идея, а измеряемая физическая величина, как длина прутка, температура в любой точке тела, теплота плавления кристалла или тепловая энергия вещества. При абсолютном нуле (приблизительно –273 °C) энтропия любого вещества равна нулю. Если небольшими, обратимыми «шажками» перевести вещество в любое другое состояние, даже при условии, что изменится его физическая или химическая природа либо оно разделится на две или более частей различной физической или химической природы, энтропия вырастет на величину, которую можно вычислить, разделив каждую небольшую порцию теплоты, что необходимо приложить в ходе данной процедуры, на абсолютную температуру ее приложения и сложив все эти небольшие вклады. Например, когда вы плавите твердое вещество, его энтропия возрастает на величину теплоты плавления, поделенную на температуру в точке плавления. Из этого следует, что энтропия измеряется в единицах кал/°C (так же, как калория есть единица теплоты, а сантиметр – единица длины).

Статистическое значение энтропии

Я упомянул это техническое определение исключительно ради того, чтобы развеять туманную завесу тайны, которая часто окутывает энтропию. Намного большее значение для нас имеет ее отношение к статистической концепции порядка и беспорядка – связь, которую выявили исследования Больцмана и Гиббса по статистической физике. Эта связь также имеет точное количественное выражение:

энтропия = k logD,

где k есть так называемая константа Больцмана (3,2983×10–24 кал/°C), а D – количественная мера атомной неупорядоченности рассматриваемого тела. Дать точное краткое определение количества D, не прибегая к технической терминологии, не представляется возможным. Подразумеваемый ею беспорядок частично объясняется тепловым движением, частично – существованием произвольной, а не четко разделенной смеси различных атомов или молекул, как, например, молекул сахара и воды в приведенном выше примере. Данный пример хорошо иллюстрирует уравнение Больцмана. Постепенное «распространение» сахара по всему объему воды повышает неупорядоченность D, а следовательно (поскольку логарифм D возрастает вместе с D), энтропию. Также очевидно, что любой приток теплоты усиливает тепловое движение, то есть повышает D – и энтропию. Особенно наглядно это демонстрирует плавление кристалла: вы разрушаете аккуратную и стабильную организацию атомов или молекул и превращаете кристаллическую решетку в непрерывно изменяющееся случайное распределение.

Изолированная система или система в однородной среде, которую мы пока будем считать частью рассматриваемой системы, повышает свою энтропию и относительно быстро приближается к инертному состоянию максимума энтропии. Теперь мы видим, что этот фундаментальный закон физики лишь отражает естественное стремление вещей к хаосу, какую проявляют библиотечные книги или стопки бумаг и рукописей на столе, если этому не противостоять. В данном случае аналогом беспорядочного теплового движения являются наши руки. Они трогают эти предметы, не заботясь вернуть их на прежнее место.

Организация, поддерживаемая путем извлечения «порядка» из окружающей среды

Как выразить в терминах статистической теории удивительную способность организма замедлять стремление к термодинамическому равновесию (смерти)? Прежде мы говорили: «Организм питается отрицательной энтропией», – будто он привлекает к себе ее поток, чтобы скомпенсировать рост энтропии, обусловленный жизнедеятельностью, и тем самым сохранить постоянный, достаточно низкий уровень энтропии.

Если D – мера беспорядка, то обратная ей величина, 1/D, может считаться прямой мерой порядка. Поскольку логарифм 1/D равен отрицательному логарифму D, можно записать уравнение Больцмана следующим образом:

– (энтропия) = k log (1/D).

Теперь неуклюжее выражение «отрицательная энтропия» можно перефразировать более удачно: энтропия с отрицательным знаком есть мера порядка. Поэтому способ, которым организм постоянно поддерживает весьма высокий уровень упорядоченности (= весьма низкий уровень энтропии), в действительности заключается в непрерывном потреблении упорядоченности из окружающей среды. Этот вывод не столь парадоксален, сколь кажется на первый взгляд. Скорее его можно упрекнуть в тривиальности. На самом деле, в случае высших животных мы прекрасно знаем, какую упорядоченность они потребляют. Речь идет о высокоупорядоченном состоянии вещества в относительно сложных органических соединениях, которые служат им пищей. После использования животные возвращают вещество в деградированном виде – однако не в полностью деградированном, поскольку растения могут употребить его. Естественно, растения получают мощную дозу отрицательной энтропии в виде солнечного света.

Примечание к главе 6

Рассуждения об отрицательной энтропии встретили сомнения и неприятие со стороны моих коллег-физиков. Первым делом скажу, что если бы я желал угодить только им, то обсуждал бы свободную энергию. В данном контексте это более привычный термин. Однако это сугубо техническое выражение показалось мне лингвистически слишком близким к энергии, чтобы донести до обычного читателя разницу между двумя этими понятиями. Скорее всего, он бы воспринял свободную как лишенный особого смысла эпитет, в то время как это весьма сложная концепция, и ее связь с принципом упорядоченности-неупорядоченности Больцмана тяжелее проследить, чем в случае энтропии и «энтропии с отрицательным знаком», которая, кстати, придумана не мной. Именно к ней обращался Больцман в своей изначальной дискуссии.

Однако Ф. Саймон[37] уместно отметил, что мои простые термодинамические рассуждения не могут объяснить необходимости питаться материей «в крайне высокоупорядоченном состоянии, содержащей относительно сложные органические соединения», а не древесным углем или алмазной пульпой. Он прав. Но я должен объяснить непрофессиональному читателю, что кусок несожженного угля или алмаза в сочетании с количеством кислорода, необходимым для его горения, в понимании физика также находится в крайне высокоупорядоченном состоянии. Представьте: при реакции – горении угля – выделяется много тепла. Рассеивая ее в окружающей среде, система избавляется от существенного прироста энтальпии, вызванного данной реакцией, и достигает состояния, в котором ее энтропия примерно равняется исходной.

Однако мы не можем питаться образующимся в ходе этой реакции углекислым газом. А потому Саймон справедливо утверждает, что энергетическая ценность пищи имеет значение, и, следовательно, мои насмешки над меню, в которых указана эта ценность, неуместны. Энергия нужна, чтобы возместить не только механическую энергию наших телесных усилий, но и тепло, какое мы непрерывно отдаем окружающей среде. И факт, что мы излучаем тепло, не случаен, но существенен. Именно таким образом мы избавляемся от избыточной энтропии, которую постоянно производим в ходе жизнедеятельности.

Казалось бы, из этого следует, что более высокая температура тела теплокровных животных предполагает полезную способность быстрее избавляться от энтропии, а потому вести более интенсивную жизнь. Я не уверен, что это соответствует действительности (и таково мое мнение, не Саймона). Можно возразить, что многие теплокровные организмы защищены от быстрой потери тепла шерстью или перьями. И потому параллель между температурой тела и «интенсивностью жизни», которая, как я считаю, существует, может в большей степени объясняться законом Вант-Гоффа: более высокая температура сама по себе ускоряет химические реакции в живом организме. Это подтверждают эксперименты на биологических видах, принимающих температуру окружающей среды.

Глава 7

Основана ли жизнь на законах физики?

Если человек никогда не противоречит сам себе, значит, он почти все время молчит.

Мигель де Унамуно

От организма следует ожидать новых законов

В этой последней главе я хочу разъяснить следующее: на основании всего, что мы узнали о структуре живой материи, нам нужно быть готовыми к тому, что механизмы ее работы не удастся свести к обычным физическим законам. И дело не в том, что некая «новая сила» направляет поведение отдельных атомов в живом организме. Его строение отличается от того, что мы изучили в физической лаборатории. Грубо говоря, инженер, знакомый лишь с тепловыми двигателями, должен быть готов к тому, что, изучив конструкцию электрического двигателя, обнаружит, что тот работает по еще не известным ему принципам. Инженер увидит медь, знакомую ему по котлам, в виде очень длинной проволоки, намотанной на катушки. Привычное по рычагам, стержням и паровым цилиндрам железо будет заполнять сердцевины этих медных катушек. Инженер не усомнится, что это те же медь и железо, подчиняющиеся тем же законам природы, и будет прав. Различия в конструкции окажется достаточно, чтобы подготовить его к совершенно иному принципу работы. Он не подумает, будто электрический мотор крутит призрак, потому что тот начинает вращаться при повороте переключателя, без котла и пара.

Обозревая биологическую ситуацию

Ход событий в жизненном цикле организма обладает восхитительной регулярностью и порядком, с которыми не сравнится ничто из того, что мы наблюдаем в неодушевленной материи. Им управляет в высшей степени упорядоченная группа атомов, представляющих лишь небольшую часть атомов в клетке. Более того, согласно сформированному нами взгляду на механизм мутаций, мы полагаем, что перемещение нескольких атомов из «правящей» группы зародышевой клетки способно привести к определенному изменению в крупномасштабных наследственных характеристиках организма.

Эти факты являются едва ли не самыми интересными из всех, что выявила современная наука. Вероятно, они не столь уж неправдоподобны. Удивительная способность организма сосредотачивать на себе «поток упорядоченности» и тем самым избегать атомарного хаоса – «пить порядок» из подходящего источника, – судя по всему, связана с наличием «апериодических твердых веществ», хромосомных молекул, которые, без сомнения, олицетворяют высшую – намного выше, чем в обычном периодическом кристалле – степень упорядоченности известных нам атомных ассоциаций в силу особой роли каждого атома и группы.

Перед нами свидетельство того, что существующий порядок обладает силой поддерживать себя и вызывать упорядоченные явления. Это звучит правдоподобно, хотя в данном случае мы, несомненно, опираемся на опыт социального устройства и иные события, связанные с активностью организмов, что напоминает порочный круг.

Суммируя физическую ситуацию

Еще раз подчеркну, что для физика такое состояние дел выглядит не только правдоподобным, но и многообещающим, потому что у него нет прецедентов. Вопреки расхожему мнению, регулярный ход событий, подчиняющихся физическим законам, никогда не является следствием существования одной упорядоченной конфигурации атомов – если только она не повторена многократно, как это бывает в периодическом кристалле или жидкости либо газе, состоящем из большого числа одинаковых молекул.

Даже работая с очень сложной молекулой in vitro, химик всегда имеет дело со множеством таких молекул. К ним применимы его законы. Например, он может сказать, что через минуту после того, как начнется некая реакция, прореагирует половина молекул, а через еще минуту – три четверти. Однако он не сумеет определить, окажется ли одна конкретная молекула (если бы мы могли проследить ее судьбу) среди тех, что прореагировали, или тех, что остались неизменными. Это вопрос вероятности.

Это не чисто теоретическая гипотеза. Мы можем проследить за отдельной небольшой группой атомов или даже одним атомом – и делаем это. Но всегда обнаруживаем полную хаотичность, которая лишь в усредненном виде дает закономерность. В главе 1 мы рассматривали пример. Броуновское движение маленькой частицы, погруженной в жидкость, является хаотичным. Но если таких частиц много, то посредством своего хаотичного движения они вызовут упорядоченное явление – диффузию.

Распад отдельного радиоактивного атома можно наблюдать – он испускает частицу, вызывающую видимую сцинтилляцию на флуоресцентном экране. Но вероятная продолжительность жизни одного радиоактивного атома намного менее конкретна, нежели продолжительность жизни здорового воробья. Достаточно сказать следующее: пока он существует (а это может продолжаться тысячи лет), вероятность распасться в следующую секунду – большая или маленькая – остается для него неизменной. Тем не менее эта оригинальная нехватка личной определенности позволяет вывести точный экспоненциальный закон распада большого числа одинаковых радиоактивных атомов.

Поразительный контраст

В биологии мы имеем дело с иной ситуацией. Отдельная группа атомов, существующая лишь в одном экземпляре, вызывает упорядоченные события, замечательно согласующиеся друг с другом и с окружающей средой и подчиняющиеся чрезвычайно хитроумным законам. Я сказал про один экземпляр, поскольку у нас есть примеры яйцеклетки и одноклеточных организмов. Верно, при переходе к высшим организмам копии множатся, но до какой степени? Нечто вроде 10^14 во взрослом млекопитающем, насколько я понимаю. Какая мелочь! Это одна миллионная доля числа молекул в дюйме кубическом воздуха. Пусть и сравнительно крупные, объединившись, они сформируют крошечную каплю жидкости. Посмотрите, как они распределены. Каждая клетка содержит лишь один экземпляр (или, если не забывать про диплоидность, два). Нам известна власть этой крошечной главной конторы в отдельной клетке. Разве не похожи они на органы местного самоуправления, распределенные по всему телу, легко взаимодействующие друг с другом благодаря общему коду?

Подобное фантастическое описание больше подходит поэту, нежели ученому. Однако не требуется обладать поэтическим воображением – достаточно ясного, трезвого научного взгляда, чтобы понять: перед нами явления, регулярным и упорядоченным течением которых управляет «механизм», всецело отличающийся от «вероятностного механизма» физики. То, что в каждой клетке управляющий принцип воплощен в атомной ассоциации, существующей в одном (иногда двух) экземпляре, является наблюдаемым фактом – как и то, что эта ассоциация запускает события, являющие собой образец порядка. Вне зависимости от того, кажется ли нам удивительным или правдоподобным, что маленькая, но организованная группа атомов способна играть такую роль, это беспрецедентная ситуация, какую не встретишь нигде за пределами живой материи.

Физик и химик, исследуя неживую материю, никогда не наблюдали феноменов, которые могли бы интерпретировать подобным образом. Такого случая не было, и потому его нет в нашей теории – нашей прекрасной статистической теории, которой мы столь заслуженно гордились, поскольку она позволяла нам приподнять завесу, увидеть великолепный порядок точного физического закона, возникающий из атомарного и молекулярного хаоса. Ведь она открыла нам, что самый главный, самый общий, всеобъемлющий закон роста энтропии можно понять, не прибегая к специальным допущениям: за ним стоит не что иное, как сама молекулярная неупорядоченность.

Два способа добиться порядка

Порядок, наблюдаемый при развитии жизни, проистекает из другого источника. Судя по всему, есть два различных «механизма» реализации упорядоченных событий: «статистический механизм», который производит «порядок из беспорядка», и новый механизм, производящий «порядок из порядка». Беспристрастному уму второй принцип кажется намного более простым и правдоподобным. Без сомнения, так оно и есть. Вот почему физики гордились своей причастностью к первому принципу, «порядку из беспорядка», который действительно наблюдается в природе и сам по себе позволяет понять великую последовательность естественных событий, в первую очередь – их необратимость. Не следует считать, что законы физики, выведенные из этого принципа, смогут напрямую объяснить поведение живой материи, чьи удивительные особенности в основном базируются на принципе «порядок из порядка». Не следует считать, что два совершенно различных механизма будут подчиняться одному и тому же закону, – ведь вы не надеетесь, что ваш ключ подойдет и к соседской двери.

Не стоит огорчаться тому, что жизнь трудно объяснить простыми законами физики. Ведь именно это и предполагают накопленные нами знания о строении живой материи. Мы должны быть готовы к открытию нового вида физических законов, преобладающих в ней. А может, надо назвать их нефизическими или даже сверхфизическими законами?

Новый принцип не чужд физике

Вовсе нет. Ведь упомянутый нами новый принцип является поистине физическим; на мой взгляд, это не что иное, как принцип квантовой теории. Чтобы объяснить это, придется немного потрудиться и уточнить, если не исправить, прежнее утверждение о том, что все законы физики основаны на статистике.

Это заявление, которое мы повторяли неоднократно, не может не вызвать противоречия, поскольку существуют феномены, видимые характеристики которых напрямую основаны на принципе «порядок из порядка» и вроде бы не имеют ничего общего со статистикой или молекулярным хаосом.

Упорядоченность Солнечной системы, движение планет поддерживается почти неограниченный период времени. Созвездия, которые мы видим, напрямую связаны с созвездиями времен египетских пирамид; их судьбу можно отследить в те времена и обратно. Рассчитанные исторические затмения совпадают с историческими записями, а в некоторых случаях используются для коррекции принятой хронологии. Эти расчеты не подразумевают никакой статистики, они основаны лишь на законе всемирного тяготения Ньютона.

Регулярное движение хороших часов или любого схожего механизма также на первый взгляд не имеет ничего общего со статистикой. Кратко говоря, чисто механические явления, судя по всему, четко и явно следуют принципу «порядок из порядка». И термин «механические» следует понимать в широком смысле. Очень полезная разновидность часов, как вам известно, основана на регулярной передаче электрических импульсов от электростанции.

Помню интересную небольшую статью Макса Планка на тему «Динамические и статистические законы». Различие между ними точно соответствует тому, что мы назвали «порядок из порядка» и «порядок из беспорядка». Целью той статьи было продемонстрировать, каким образом статистический вид законов, контролирующих крупномасштабные явления, складывается из динамических законов, управляющих мелкомасштабными явлениями, взаимодействием отдельных атомов и молекул. Второй тип законов проиллюстрирован крупномасштабными механическими явлениями, такими как движение планет или часов и т. п.

Итак, судя по всему, «новый» принцип – «порядок из порядка», – который мы с чрезвычайной серьезностью назвали истинным ключом к пониманию жизни, вовсе не нов. Планк даже утверждает его главенство. Похоже, мы пришли к нелепому выводу, что ключ к пониманию жизни основан на чистом механизме – «часовом механизме», если следовать статье Планка. Этот вывод вовсе не нелеп и, по моему мнению, не ошибочен, однако к нему следует отнестись скептически.

Движение часов

Давайте проанализируем движение настоящих часов. Это отнюдь не чисто механическое явление. Чисто механические часы не надо заводить, им не нужна пружина. Приведенные в движение, они будут работать вечно. Реальные часы без пружины остановятся после нескольких качаний маятника, их механическая энергия перейдет в тепло. Это бесконечно сложный атомистический процесс. Его общая картина, сформулированная физиком, вынуждает признать возможность обратного процесса: часы без пружины могут внезапно начать двигаться за счет тепловой энергии собственных зубчатых колес и окружающей среды. Физик скажет: часы переживают необычайно сильный приступ броуновского движения. В главе 2 мы показали, что подобное постоянно происходит с очень чувствительными крутильными весами (электрометром или гальванометром). В случае часов это, разумеется, маловероятно.

Относить ли движение часов к динамическим или статистическим событиям, подчиняющимся законам природы (выражаясь словами Планка), зависит от нашей позиции. Назвав его динамическим явлением, мы сосредоточимся на регулярном ходе, который обеспечивает сравнительно слабая пружина, преодолевающая незначительные возмущения теплового движения, каковыми в итоге можно пренебречь. Но если вспомнить, что без пружины часы постепенно остановятся за счет трения, окажется, что этот процесс надо объяснить только как статистическое явление.

Каким бы незначительным ни было влияние трения и нагрева на часы с практической точки зрения, нет сомнений, что второй подход, учитывающий их, является более фундаментальным, даже если мы имеем дело с регулярным движением часов с пружиной. Не следует считать, будто приводной механизм положил конец статистической природе процесса. Истинная физическая картина включает вероятность того, что даже регулярно идущие часы могут внезапно обратить свой ход и, работая в обратном направлении, завести собственную пружину за счет тепла окружающей среды. Это событие лишь «немного менее вероятно», чем «броуновский припадок» часов без приводного механизма.

Работа часов все-таки подчиняется статистике

Давайте проанализируем ситуацию. Рассмотренный нами «простой случай» – лишь один из многих, точнее, всех подобных феноменов, вроде бы избегающих всеобъемлющего принципа молекулярной статистики. Часовой механизм, сделанный из реальной физической материи (в отличие от воображения), не является истинным «часовым механизмом». Элемент случайности может быть снижен, вероятность того, что часы внезапно пойдут неправильно, минимальна, но она всегда остается ненулевой. Необратимое влияние трения и температуры сказывается даже на движении небесных тел. Так, приливное трение постепенно замедляет вращение Земли – и пропорционально этому замедлению Луна постепенно удаляется от планеты, чего бы не происходило, если бы Земля представляла собой совершенно жесткую вращающуюся сферу.

Тем не менее факт остается фактом: «физические часовые механизмы» проявляют признаки процесса «порядок-из-порядка», который столь взволновал физика в живом организме. Судя по всему, оба случая имеют нечто общее. Нам предстоит открыть, что именно, а также выявить удивительное различие, придающее живому организму беспрецедентную новизну.

Теорема Нернста

В каком случае физическая система – любое соединение атомов – подчиняется «динамическому закону» (в понимании Планка), или проявляет «черты часового механизма»? Квантовая теория отвечает на данный вопрос кратко: при абсолютном нуле. При приближении к абсолютному нулю молекулярный хаос перестает оказывать какое-либо влияние на физические события. Кстати, этот факт был открыт не теоретически, а путем тщательного изучения химических реакций при широком диапазоне температур и экстраполяции результатов на абсолютный нуль – достичь которого нельзя. Это знаменитая тепловая теорема Вальтера Нернста[38], которую иногда вполне заслуженно называют третьим началом термодинамики (первым является энергетический принцип, а вторым – принцип энтропии).

Квантовая теория дает рациональное объяснение эмпирическому закону Нернста, а также позволяет оценить, насколько должна приблизиться система к абсолютному нулю, чтобы проявить приблизительно «динамическое» поведение. Какая температура в каждом конкретном случае почти эквивалентна нулю?

Не думайте, будто эта температура непременно должна быть очень низкой. В действительности Нернст совершил свое открытие благодаря тому, что даже при комнатной температуре энтропия играет на удивление незначительную роль во многих химических реакциях. Позвольте напомнить, что энтропия – прямая мера молекулярного беспорядка, а именно его логарифм.

Маятниковые часы, в сущности, работают при абсолютном нуле

Что такое маятниковые часы? Для маятниковых часов комнатная температура практически эквивалентна абсолютному нулю. Вот почему они работают «динамически». Работа маятниковых часов не изменится при охлаждении (если вы удалили все следы масла!). Но они не будут работать, если нагреть их выше комнатной температуры, потому что в конце концов расплавятся.

Связь между часовым механизмом и организмом

Это звучит банально, но, думаю, передает самую суть. Часовой механизм может работать «динамически», поскольку сделан из твердых материалов, которые держат форму благодаря силам Гайтлера – Лондона, достаточно прочным, чтобы справиться с разупорядочивающим действием теплового движения при стандартной температуре.

Теперь, полагаю, следует сказать еще несколько слов для разъяснения сходства между часовым механизмом и организмом. Все просто: организм также опирается в своей работе на твердый материал; апериодический кристалл, формирующий вещество наследственности, по большей части не подвержен действию теплового движения. Но, пожалуйста, не обвиняйте меня в том, что я низвел хромосомные фибриллы до «шестеренок органической машины», не сославшись на основополагающие физические теории, на которых базируется это сравнение.

В действительности следует оставить риторику и вспомнить фундаментальное различие между этими двумя системами, чтобы оправдать эпитеты «новый» и «беспрецедентный» применительно к биологическому случаю.

Самые удивительные особенности таковы: во-первых, любопытное распределение шестеренок в многоклеточном организме, а во-вторых, факт, что эти отдельные шестеренки не созданы человеком, а являются изящнейшим шедевром божественной квантовой механики.

Эпилог

О детерминизме и свободе воли

В награду за серьезные усилия, предпринятые мной для разъяснения чисто физических аспектов нашей проблемы sine ira et studio[39], я прошу разрешения добавить свое собственное, субъективное ви́дение философского толка.

Согласно вышеизложенным доказательствам, пространственно-временные события в теле живого существа, соотносящиеся с активностью его разума, самосознанием или любой другой деятельностью, являются (учитывая также их сложную структуру и принятое статистическое объяснение физикохимии) если не строго детерминированными, то статистически детерминированными. Для физика я хочу подчеркнуть, что, по моему мнению – и вопреки мнению, принятому в определенных кругах, – квантовая неопределенность не играет здесь биологически существенной роли, разве что усиливает случайный характер таких событий, как мейоз, природные и рентгеновские мутации и т. п., каковые случаи являются очевидными и общепризнанными.

Чисто теоретически позвольте мне считать это фактом – как, я уверен, поступил бы любой беспристрастный биолог, если бы не знакомое неприятное чувство от «объявления себя механизмом». Ведь это напрямую противоречит свободе воли.

Однако непосредственные переживания сами по себе, какими бы разнообразными и несопоставимыми они ни являлись, логически не способны противоречить друг другу. Поэтому давайте попробуем сделать верный, непротиворечивый вывод на основании двух предпосылок:

(i) мое тело работает как механизм, подчиняющийся законам природы;

(ii) я знаю на основании непосредственного опыта, что сам направляю его действия, результат которых предвижу, а в случае судьбоносности и значимости этого результата беру на себя полную ответственность за него.

Единственным возможным следствием из этих двух фактов является то, что я – в самом широком смысле слова, то есть любой разум, когда-либо говоривший «я» или ощущавший себя «собой», – контролирую «движение атомов» согласно законам природы.

В культурной среде (Kulturkreis), где определенные концепции, когда-то имевшие или до сих пор имеющие более широкое значение для других людей, ограничены и специализированы, считается дерзостью выражать это заключение простыми словами, каких оно требует. В христианской культуре слова «следовательно, я господь всемогущий» звучат святотатственно и безумно. Но прошу вас на время забыть об этом подтексте и подумать: не является ли вышеизложенный вывод самым близким к единовременному биологическому доказательству существования бога и бессмертия.

Сама по себе эта мысль не нова. Насколько мне известно, возраст ранних записей составляет не менее 2500 лет. Начиная с ранних Упанишад[40], признание тождества «атман = брахман» (личное «я» равно вездесущему, всезнающему вечному «я») в индийской философии считалось не святотатством, а сущностью глубочайшего проникновения в работу мира. Все последователи веданты[41] стремились принять эту величайшую мысль, едва научившись произносить ее.

На протяжении веков мистики – независимо, однако в полном согласии друг с другом (подобно частицам идеального газа) – описывали личные уникальные переживания словами, которые можно свести к фразе: DEUS FACTUS SUM (я стал богом).

Для западной идеологии эта мысль осталась незнакомой, несмотря на Шопенгауэра[42] и других ее сторонников – и несмотря на влюбленных, которые, глядя друг другу в глаза, ощущают, что их мысли и радость слились в единое целое, а не просто схожи или идентичны. Но влюбленные, как правило, эмоционально слишком заняты, чтобы мыслить ясно, чем весьма напоминают мистиков.

Позвольте сделать еще несколько замечаний. Сознание нельзя испытать во множественном числе, только в единственном. Даже в патологических случаях расщепления сознания или раздвоения личности два сознания чередуются и никогда не проявляются одновременно. Во сне мы играем роли нескольких персонажей, но поочередно: разговаривая и действуя от лица одного из них и нетерпеливо ожидая ответа или реакции другого персонажа, мы не осознаем, что в реальности сами же и контролируем его движения и речь, как и свои собственные.

Откуда вообще возникла идея множественности, которой столь страстно противостояли авторы Упанишад? Сознание ощущает себя тесно связанным и зависимым от физического состояния ограниченного участка материи – тела. (Вспомните изменения сознания в ходе развития организма – пубертатный период, старение, старческое слабоумие – или влияние на сознание лихорадки, опьянения, наркоза, травмы головного мозга и т. п.) Таких сходных тел существует очень много. Поэтому множественность сознаний или умов кажется весьма правдоподобной гипотезой. Наверное, поэтому с ней так легко согласились и обычные люди, и подавляющее большинство западных философов.

Это почти сразу ведет к изобретению душ, число которых соответствует числу тел, и к вопросу, являются ли они такими же смертными, как тела, или же бессмертными и способными существовать самостоятельно. Первый вариант непригляден, а второй откровенно забывает, игнорирует или отвергает факты, на которых основывается гипотеза множественности. Звучат и более глупые вопросы: есть ли душа у животных? Или даже: есть ли душа у женщин – или только у мужчин?

Подобные экстраполяции, пусть и предварительные, должны заставить нас с осторожностью отнестись к гипотезе множественности, которая свойственна западным религиям. Не склоняемся ли мы к еще большей бессмыслице, если, отвергая их основные предрассудки, поддерживаем наивное представление о множественности душ, «исправляя» его заявлением о том, что души смертны и умирают вместе с соответствующими телами?

Единственная альтернатива – придерживаться собственного опыта, который говорит, что сознание единично и не может существовать во множественном числе, а кажущаяся множественность лишь обманчивая серия различных проявлений одной сущности. Такая же иллюзия возникает в зеркальной галерее, и точно так же Гауришанкар и Эверест являются одной и той же горой, видимой из разных долин[43].

Разумеется, в нашем сознании кроются хитроумные мысли, затрудняющие принятие этого простого утверждения. Например, говорят, что у меня за окном растет дерево, но в действительности я вижу вовсе не его. Благодаря некоему замысловатому процессу, лишь начальные, относительно простые стадии которого изучены, настоящее дерево отбрасывает отпечаток на мое сознание – и это то, что я воспринимаю. Если вы встанете рядом со мной и посмотрите на то же дерево, оно оставит след и в вашей душе. Я вижу свое дерево, а вы – свое (очень схожее с моим), но что есть дерево на самом деле, мы не знаем. За это сумасбродство несет ответственность Кант. На уровне идей, воспринимающих сознание как singulare tantum[44], его легко заменяют утверждением, что, очевидно, существует лишь одно дерево, а вся история с отпечатками – вымысел.

Однако у каждого из нас складывается впечатление, будто наш собственный опыт и воспоминания образуют единицу, отличную от таковой у любого другого человека. Мы называем это «я». Что такое «я»?

Полагаю, в результате тщательного анализа вы обнаружите, что это по сути картина ваших переживаний и воспоминаний, нанесенная на некий воображаемый холст. Однако, вглядевшись еще пристальнее, вы обнаружите, что ваше «Я» – не сама картина, а холст, на который она нанесена. Вы можете переехать в далекую страну, потерять связь с друзьями, почти забыть их; вы приобретете новых друзей и будете разделять с ними жизнь так же активно, как делили ее со старыми. И все менее важным будет становиться тот факт, что, живя новой жизнью, вы до сих пор помните старую. Возможно, вы даже начнете говорить о себе в третьем лице – «я в молодости», а герой книжного романа, который вы сейчас читаете, покажется вам более близким и определенно более живым и знакомым, чем тот человек, которым вы были в молодости. Однако не будет промежуточного разрыва, не будет смерти. И даже если умелый гипнотизер сотрет все ваши ранние воспоминания, вы не сочтете себя мертвым. Ни в одном из этих случаев вам не придется оплакивать погибшее личное существование.

И никогда не придется.

Примечание к эпилогу

Принятая здесь точка зрения перекликается с тем, что Олдос Хаксли[45] недавно – и весьма уместно – назвал «Вечной философией». Его великолепная книга прекрасно объясняет не только положение вещей, но и то, почему оно столь сложно для понимания и, следовательно, вызывает определенные возражения.

Сознание и материя

Лекции Тэрнера, прочитанные в Тринити-колледже Кембриджского университета, в октябре 1956 года

Моему знаменитому и любимому другу Хансу Хоффу с глубочайшей привязанностью

Глава 1

Физические основы сознания

Вопрос

Мир есть плод наших чувств, ощущений, воспоминаний. Нам удобно считать его объективно существующим. Однако проявления этого мира определяются вовсе не простым фактом существования. То, как он проявит себя, зависит от процессов, протекающих в особых частях этого самого мира, а именно – определенных событий, которые происходят в головном мозге. Это весьма странный вывод, и из него следует вопрос: что за особенности отличают мозговые процессы и позволяют им проявлять мир? Можем ли мы предположить, какие материальные процессы обладают этой силой, а какие – нет? Или, если выразиться проще, какие материальные процессы напрямую связаны с сознанием?

Рационалист может высказаться по этому поводу лаконично. Например, так. Исходя из накопленного опыта и по аналогии с высшими животными, сознание связано с определенными видами событий, имеющими место в организованной живой материи, то есть с определенными нервными функциями. Насколько далеко это «сознание» тянется «вглубь» или «назад» в царство животных – вопросы, на которые нельзя ответить, и их следует оставить праздным мечтателям. Еще непростительнее размышления о том, не могут ли другие события, например процессы в неорганической материи, а то и все материальные процессы, иметь некую связь с сознанием. Это чистая фантазия, столь же неопровержимая, сколь и недоказуемая, а следовательно, не несущая знания.

Тому, кто примет данную точку зрения и отмахнется от вопроса, следует напомнить о необъяснимой прорехе в подобной картине мира. Ведь появление нервных клеток и головного мозга у определенных видов организмов – весьма особое событие, значение и важность которого мы прекрасно понимаем. Это специальный механизм, посредством которого особь реагирует на изменение ситуации соответственным изменением поведения, то есть механизм адаптации к изменяющейся окружающей среде. Это самый сложный и искусный из подобных механизмов, и, включившись, он быстро получает ведущую роль. Однако он не уникален. Большие группы организмов, в особенности растений, достигают схожих результатов совершенно иным способом.

Готовы ли мы поверить, что этот поворот в развитии высших животных – поворот, которого могло не произойти вовсе, – являлся необходимым условием для того, чтобы мир предстал перед нами, озаренный светом сознания? И что в противном случае это была бы игра без зрителей, никому не ведомая, а значит, фактически несуществующая? По-моему, это крах подобной картины мира. И трепет перед насмешками мудрых рационалистов не должен охлаждать стремление найти выход из этого тупика.

Согласно Б. Спинозе, каждая вещь либо существо есть модификация бесконечной субстанции, то есть бога. Она проявляет себя согласно своим свойствам, протяжению и мышлению. Первое – телесное существование в пространстве и времени; второе – в случае человека или животного – ум. Однако для Спинозы любой неодушевленный вещественный объект также является «мыслью бога», то есть обладает вторым свойством. Это смелая мысль о всеобщем одушевлении, пусть и не первая, даже в западной философии. За две тысячи лет до Спинозы ионийские философы назвали в его честь гилозоизм[46]. Подобно Спинозе, гений Густава Теодора Фехнера[47] не стеснялся наделять душой растения, Землю как небесное тело, планетарную систему и т. д. Я не увлекаюсь этими фантазиями, но не хотел бы выносить суждение о том, кто подобрался ближе к глубочайшей истине – Фехнер или рационалисты-банкроты.

Предварительный ответ

Сами видите, попытки изучить царство сознания, задать себе вопрос, может ли оно действительно быть связано с чем-то помимо нервных процессов, неизбежно ведут к недоказанным – и недоказуемым – спекуляциям. Однако двинувшись в противоположном направлении, мы ступим на менее зыбкую почву. Не каждый нервный процесс и отнюдь не каждый мозговой процесс связан с сознанием. Большинство с ним не связаны, хотя с физиологической и биологической точки зрения они очень похожи на «сознательные» процессы; и те и другие часто представляют собой афферентные импульсы, за которыми следуют эфферентные, а их биологический смысл заключается в регуляции и согласовании реакций по отношению как к самой системе, так и к изменяющейся окружающей среде. Прежде всего, это рефлекторные процессы в позвоночных узлах и той части нервной системы, которой они управляют. Но (и на этом нам следует заострить внимание) многие рефлекторные процессы проходят через головной мозг, однако не имеют отношения к сознанию или почти утратили связь с ним. В последнем случае различие не столь очевидно; существуют переходные варианты между полностью осознанным и совершенно неосознанным. Изучив виды физиологически очень схожих процессов, протекающих в нашем теле, можно без особого труда, при помощи наблюдений и умозаключений, вычислить нужные нам характеристики.

Я считаю, что ключ содержится в известных фактах. Любая последовательность событий, в которой мы участвуем посредством чувств, ощущений и, возможно, действий, постепенно уходит из царства сознания, если одна и та же цепь событий часто повторяется одним и тем же образом, однако тут же возвращается в область сознательного, если при подобном повторении обстоятельства или внешние условия отличаются от всех предыдущих случаев. И даже тогда, по крайней мере поначалу, в сознательную сферу вторгаются лишь те модификации либо «различия», которые отличают новый случай от прежних, а потому обычно требуют «новых размышлений». Каждый из нас знает десятки примеров из личного опыта, и я не стану приводить их.

Постепенный уход из области сознательного имеет первостепенную важность для всей структуры нашей умственной жизнедеятельности, которая целиком основывается на процессе приобретения практики посредством повторения. Рихард Земон[48] обобщил этот процесс в своей концепции «мнемы», на чем мы позднее остановимся подробнее. Единичное переживание биологически незначимо. Биологическая значимость рождается лишь при обучении подходящей реакции на ситуацию, которая повторяется снова и снова, во многих случаях периодично, и всегда требует от организма одного и того же ответа. Из нашего личного опыта мы знаем следующее. После первых повторений новый элемент возникает в сознании как «уже знакомый», или, по терминологии Ричарда Авенариуса[49], «нотальный» (от лат. notus – известный). При частом повторении цепочка событий становится все более привычной и менее интересной, а реакции на нее – более надежными по мере ухода из области сознательного. Мальчик читает наизусть поэму, а девочка играет на фортепьяно сонату «почти во сне». Мы шагаем на работу по привычному пути, переходим дорогу в привычном месте, сворачиваем в переулки и занимаемся тому подобным, тогда как наши мысли заняты совершенно другими проблемами. Стоит ситуации отклониться от нормы – например, если дорогу перекопали в том месте, где мы обычно ее пересекаем, и нужно идти в обход, – это отклонение и наша реакция на него вторгаются в сознание, однако вскоре угасают, если отклонение постоянно повторяется. При встрече с изменяющимися альтернативами возникают бифуркации[50], которые могут зафиксироваться сходным образом. Мы сворачиваем по направлению к университетским лекториям или физической лаборатории в нужном месте, не задумываясь, при условии, что часто посещаем оба пункта назначения.

Таким образом, множество отклонений, вариантов ответа, бифуркаций и т. п. накладываются друг на друга, но лишь самые недавние остаются в царстве сознания – те, которые живая материя еще изучает или практикует. Метафорически выражаясь, сознание есть наставник, руководящий обучением живой материи, но позволяющий своему ученику самостоятельно заниматься тем, что он уже выучил. Однако хочу трижды подчеркнуть красными чернилами: это лишь метафора. Факт в том, что новые ситуации и вызываемые ими новые ответы озаряются светом сознания, в то время как старые и хорошо изученные – нет.

Многим сотням ежедневных поступков и действий требуется когда-то обучиться, причем с вниманием и осторожностью. Возьмем, например, первые попытки маленького ребенка ходить. Они лежат исключительно в области сознательного; исполнитель встречает первые успехи радостными криками. Когда же взрослый человек завязывает шнурки, включает свет, раздевается перед сном, пользуется ножом и вилкой… все эти действия, которым он когда-то с трудом научился, ни в коей мере не затрагивают его мыслей. Порой это приводит к забавным курьезам. Говорят, жена одного знаменитого математика обнаружила его в постели в темной спальне вскоре после того, как у них дома собрались гости. Что случилось? Он пошел в спальню, чтобы сменить воротничок. Однако сам акт снимания старого воротничка запустил цепь привычных действий в глубоко задумавшемся ученом.

На мой взгляд, такое положение дел, известное нам по онтогенезу умственной жизнедеятельности, проливает свет на филогенез бессознательных нервных процессов, вовлеченных в сердцебиение, перистальтику кишечника и т. п. В случае практически неизменной или регулярно меняющейся ситуации эти процессы хорошо отработаны и надежны, а значит, давным-давно покинули сферу сознательного. Здесь тоже встречаются переходные состояния, например дыхание, которое обычно осуществляется машинально, однако при изменении ситуации – скажем, задымлении или астматическом приступе – может трансформироваться и перейти в осознанную область. Другой пример – слезы при печали, радости или физической боли; пусть этот процесс осознанный, на него вряд ли можно повлиять умышленно. Известны такие комические казусы мнемической природы, как встающие дыбом волосы при испуге и прекращение слюноотделения при сильном возбуждении. Возможно, в прошлом эти реакции и имели какое-то значение, но для человека полностью утратили его.

Сомневаюсь, что все с готовностью согласятся на следующий шаг, который состоит в распространении этих представлений не только на нервные процессы. Сейчас я лишь намекну на него, хотя лично для меня это самое важное, поскольку подобное обобщение проливает свет на вопрос, с которого мы начали: какие материальные процессы связаны с сознанием или сопровождаются им, а какие – нет? Я предлагаю следующий ответ. То, что, как мы ранее сказали и продемонстрировали, является свойством нервных процессов, также есть свойство органических процессов в целом, а следовательно, данные процессы связаны с сознанием в случае своей новизны.

По представлениям и терминологии Рихарда Земона, онтогенез не только головного мозга, но и индивидуальной сомы целиком есть «заученное» повторение цепочки событий, которые тысячи раз происходили аналогичным образом. Как мы знаем по собственному опыту, его первые стадии протекают бессознательно – в материнской утробе, – и даже последующие недели и месяцы жизни преимущественно проходят во сне. В это время младенец следует устоявшимся, привычным эволюционным путем, на котором встречается с условиями, лишь незначительно варьирующими от случая к случаю. Сознание подключается к органическому развитию, когда органы, постепенно взаимодействующие с окружающей средой, адаптируют свою работу к изменениям ситуации и начинают упражняться, воспринимать влияние и изменяться вслед за окружением. У нас, высших позвоночных, функцию такого органа преимущественно выполняет нервная система. Следовательно, сознание связано с теми ее функциями, которые позволяют нам приспособиться к изменяющейся окружающей среде посредством того, что мы называем опытом. Нервная система – орган нашего вида, до сих пор вовлеченный в филогенетическую трансформацию; образно выражаясь, это «вегетативная верхушка» (Vegetationsspitze) нашего стебля. Подведем итог моей гипотезе: сознание связано с обучением живой материи; навыки (Können) принадлежат бессознательному.

Этика

Даже без последнего обобщения, которое лично мне представляется очень важным, однако другим может показаться сомнительным, описанная мной в общих чертах теория сознания открывает путь к научному пониманию этики.

Во все времена для всех людей основой каждого серьезного этического кодекса (Tugendlehre) являлось – и является – самопожертвование (Selbstüberwindung). Этические учения всегда подразумевают некое требование, вызов, долженствование, которые в определенном смысле противоречат нашему примитивному желанию. Откуда берется это странное противоречие между «я хочу» и «я должен»? Разве не абсурдно подавлять примитивные аппетиты, отрекаться от своего истинного «я», быть не тем, кем являешься на самом деле? Пожалуй, именно в наши дни это требование все чаще подвергается насмешкам. «Я такой, какой есть, дайте волю моей индивидуальности! Дайте раскрыться стремлениям, заложенным в меня природой! Все долженствования, что мне претят, чепуха, мошенничество церковников. Господь есть природа, а природа создала меня в соответствии с собственными желаниями». Подобные призывы – не редкость. Нелегко опровергать их простую, суровую очевидность. Императив И. Канта откровенно иррационален.

Но, к счастью, научная основа этих призывов испещрена червоточинами. Наше понимание «становления» (das Werden) организма позволяет догадаться, что сознательная жизнь – не скажу, что должна, но по необходимости борется с нашим примитивным эго. Наше естественное «я», примитивное стремление с присущими ему желаниями есть не что иное, как умственный аналог материального наследия предков. Мы развиваемся как вид и продвигаемся вперед фронтом поколений, а значит, каждый день жизни человека представляет собой маленький отрезок эволюции нашего вида, которая по-прежнему идет полным ходом. Разумеется, день жизни, даже целая жизнь одного человека – лишь едва заметный след резца на неоконченной статуе. Однако все колоссальные эволюционные изменения, что мы претерпели в прошлом, сложились из подобных крошечных следов. Материал для этой трансформации, предпосылки к ее осуществлению кроются в наследуемых спонтанных мутациях. Но для отбора этих мутаций первостепенное значение имеют поведение и жизненные привычки их носителей. В противном случае происхождение видов, якобы целенаправленное продвижение отбора, нельзя было бы понять даже за долгое-долгое время, которое все же ограничено, и пределы его мы прекрасно знаем.

Таким образом, на каждом шагу, каждый день нашей жизни нечто в той форме, какой мы владели до сих пор, должно измениться, пасть и исчезнуть, а ему на смену должно прийти нечто новое. Сопротивление нашим примитивным желаниям есть физический аналог сопротивления существующей формы изменяющему резцу. Ведь мы сами одновременно олицетворяем резец и статую, победителей и побежденных и живем в непрерывном «самопреодолении» (Selbstüberwindung).

Однако не абсурдно ли полагать, что процесс эволюции должен относиться непосредственно к сознанию, несмотря на его чрезмерную медлительность в сравнении не только с краткостью человеческой жизни, но даже с историческими эпохами? Разве эволюция не протекает незаметно?

Нет. Согласно нашим прежним рассуждениям, это не так. Мы признали связь сознания с физиологическими процессами, которые до сих пор трансформируются под влиянием взаимодействия с изменяющейся окружающей средой. Более того, мы решили, что осознанными являются лишь модификации на стадии обучения и позднее они станут наследуемой, хорошо изученной и бессознательной собственностью вида. Вкратце, феномен сознания лежит в зоне действия эволюции. Этот мир озаряется в процессе развития, создания новых форм. Области стагнации ускользают от сознания и могут проявляться только посредством взаимодействия с эволюционирующими областями.

Соответственно, сознание и разлад с собственным «я» неразделимо связаны, хотя и должны быть соразмерны друг другу. Это звучит как парадокс, однако он подтвержден мудрецами. Люди, для которых мир озарял необычно яркий свет сознания и которые словом и делом изменяли и формировали произведение искусства, что мы зовем человечеством, своими речами и книгами, а то и своими жизнями свидетельствовали о том, что внутренний разлад терзал их сильнее всего прочего. Пусть это послужит утешением тому, кто также от него страдает. Без этого разлада мы не добились бы ничего.

Прошу, не поймите меня неправильно. Я ученый, а не моралист. Не думайте, будто я сторонник идеи, что стремление нашего вида к некой высшей цели является действенным мотивом для распространения морального кодекса. Этого не может быть, поскольку данная цель является бескорыстной, а следовательно, ее принятие уже предполагает добродетель. Подобно всем прочим, я не могу объяснить «долженствование» императива Канта. Закон этики в простейшем общем виде (будь бескорыстен!) является общепринятым фактом: он существует, и с ним согласно даже подавляющее большинство тех, кто не слишком часто следует ему. Я считаю загадочное существование данного закона свидетельством того, что мы находимся в начале пути биологического превращения эгоиста в альтруиста, человеческого существа в социальное животное. Для одинокого животного эгоизм – преимущество, позволяющее виду сохраниться и стать лучше; для любого сообщества эгоизм – разрушительное зло. Животное, приступающее к строительству общества, но не сдерживающее свой эгоизм, гибнет. Филогенетически более древние общественные животные, такие как пчелы, муравьи и термиты, полностью отказались от эгоизма. Тем не менее среди них процветает национальный эгоизм, или национализм. Если рабочая пчела по ошибке залетит в чужой улей, ее мгновенно убьют.

Судя по всему, нечто в человеке ступило на путь, который нельзя назвать непроторенным. В случае первой модификации четкие следы второй в том же направлении становятся заметны задолго до полного завершения первой. Хотя мы по-прежнему являемся эгоистами, многие из нас начинают видеть в национализме зло, от которого также следует отказаться. Здесь, пожалуй, проявляется нечто странное. Второй шаг, прекращение войн, может быть ускорен фактом, что первый еще далек до завершения, а потому эгоистичные мотивы по-прежнему правят бал. Каждый из нас боится ужасных новых орудий агрессии, а следовательно, желает мира среди народов. Будь мы пчелами, муравьями или спартанскими воинами, не ведавшими страха и считавшими трусость величайшим позором, войны бы продолжались бесконечно. Но, к счастью, мы лишь люди – и трусы.

Лично мне размышления и выводы этой главы кажутся старыми; им более тридцати лет. Я никогда о них не забывал, но всерьез опасался, что их отвергнут, поскольку они будто бы основаны на «наследовании приобретенных признаков», иными словами – ламаркизме. С ним мы мириться не собираемся. Но даже отвергая наследование приобретенных признаков, а значит, принимая теорию эволюции Дарвина, мы видим, что поведение отдельных особей оказывает немаловажное влияние на ход эволюции вида, и это выглядит неким псевдоламаркизмом. Данная ситуация объясняется и разрешается – благодаря авторитету Джулиана Хаксли[51] – в следующей главе, которая, однако, была написана ради другого вопроса, а не только ради подкрепления вышеизложенных идей.

Глава 2

Будущее понимания[52]

Биологический тупик?

Маловероятно, что наше понимание мира является сложившимся или окончательным, максимумом или оптимумом в каком бы то ни было смысле. Тем самым я не хочу заявить, что, продолжая развивать различные науки, философские взгляды и религиозные течения, мы изменим или улучшим нынешнее положение дел. С учетом наших достижений со времен Протагора, Демокрита и Антисфена, то, чего мы сможем добиться в ближайшие, скажем, два с половиной тысячелетия, будет незначительным по сравнению с тем, на что я ссылаюсь. Нет никаких поводов считать, будто наш мозг являет собой совершенный мыслительный орган для восприятия мира. Вполне возможно, некий вид способен обзавестись сходным хитроумным устройством, умственные образы которого в сравнении с нашими будут выглядеть так же, как наши – в сравнении с умственными образами собаки, а умственные образы собаки – в сравнении с умственными образами улитки.

В таком случае – пусть это и не имеет принципиального значения – нас интересует следующий вопрос: могут ли достичь чего-либо подобного на планете наши потомки или потомки некоторых из нас? С планетой все в порядке. Это крепкая, новая недвижимость, вполне способная обеспечивать приемлемые условия жизни на протяжении такого же периода времени (скажем, 1000 миллионов лет), какой потребовался нам, чтобы превратиться из первых живых существ в то, что мы представляем собой сейчас. Но все ли в порядке с нами самими? В свете существующей теории эволюции – а лучшей у нас нет – может показаться, будто почти все пути развития отрезаны. Возможна ли дальнейшая физическая эволюция человека, то есть значимые изменения в нашей физиологии, которые постепенно зафиксируются как наследуемые признаки, точно так же, как наше нынешнее тело было зафиксировано наследуемыми изменениями генотипа, если выражаться биологическими терминами? На этот вопрос трудно ответить. Вероятно, мы приближаемся к тупику или уже достигли его. Такое случается, и это вовсе не означает, что наш вид вскоре вымрет. Из геологических летописей известно, что некоторые виды и даже крупные группы, судя по всему, очень давно достигли пределов своих эволюционных возможностей, однако не вымерли, а сохранились неизменными – по крайней мере, не претерпели значительных изменений – на протяжении многих миллионов лет. Например, черепахи и крокодилы – очень старая группа в этом смысле, пережитки далекого прошлого; то же самое думают про всех насекомых, число видов которых превышает число остальных видов животных, вместе взятых. Однако за миллионы лет они изменились мало, в то время как обитаемая оболочка Земли преобразилась до неузнаваемости. Наверное, эволюция насекомых остановилась потому, что они решили (в переносном смысле, не поймите меня неправильно) – решили носить свой скелет снаружи, а не внутри, как мы. Подобная внешняя броня обеспечивает защиту и механическую устойчивость, однако не может расти, как растут кости млекопитающих от рождения до взрослого возраста. Это обстоятельство должно крайне затруднить постепенные адаптивные изменения в цикле развития организма.

В случае человека существует несколько аргументов против дальнейшей эволюции. Спонтанные наследуемые изменения, теперь называемые мутациями, из которых, согласно теории Дарвина, автоматически отбираются «полезные», обычно представляют собой крошечные эволюционные шажки, в лучшем случае дающие слабое преимущество. Вот почему в рассуждениях Дарвина важная роль отводится обычно огромному числу потомков, малая доля которых может выжить. Лишь при таких обстоятельствах незначительное повышение шансов на выживание сыграет какую-то роль. У современного человека этот механизм не работает, а в определенном смысле даже обращен вспять. По сути, мы не желаем видеть страдания и смерть наших ближних, а потому постепенно обзавелись правовыми и общественными институтами, которые, с одной стороны, защищают жизнь, осуждают систематическое детоубийство, пытаются помочь выжить больным и слабым, а с другой – выполняют функцию естественного вымирания слабейших, поддерживая число потомков в соответствии с доступными ресурсами. Это достигается отчасти напрямую, посредством контроля рождаемости, а отчасти – препятствованием значительной части женского населения заводить партнера. Иногда, как печально известно нынешнему поколению, безумие войны со всеми сопутствующими катастрофами и ошибками вносит свою лепту в поддержание равновесия. Миллионы взрослых и детей гибнут от голода, радиации, эпидемий. Хотя считается, будто в далеком прошлом войны между небольшими племенами или кланами могли оказывать положительное влияние на отбор, это предположение кажется весьма сомнительным – и уж точно не соответствует действительности в наши дни. Война означает беспорядочное убийство, точно так же, как успехи медицины и хирургии означают беспорядочное спасение жизни. Пусть и диаметрально противоположные по своей сути, и война, и врачебное искусство не имеют никакой ценности для отбора.

Сумерки дарвинизма

Все эти рассуждения позволяют предположить, что как развивающийся вид мы достигли мертвой точки и не имеем особых шансов на дальнейшее биологическое продвижение. Но если и так, это не должно нас тревожить. Мы можем прожить без биологических изменений миллионы лет, подобно крокодилам и многим насекомым. Однако с некой философской точки зрения данная мысль кажется весьма унылой, а потому мне следует привести опровергающие примеры. Для этого нужно привлечь определенный аспект теории эволюции, изложенный в знаменитой книге профессора Джулиана Хаксли, посвященной эволюции[53], – аспект, который, по его словам, не всегда принимают современные эволюционисты.

Популярные описания теории Дарвина способны создать мрачное представление о кажущейся пассивности организма в ходе эволюции. Мутации спонтанно происходят в геноме – «наследственном материале». У нас есть основания полагать, что их причиной в первую очередь является то, что физик назвал бы термодинамической флуктуацией – или, иными словами, чистая случайность. Особь не в состоянии повлиять ни на наследственное богатство, полученное от родителей, ни на сокровище, которое сама вручит своим потомкам. Произошедшие мутации подвергаются «естественному отбору наиболее приспособленных». И этот процесс тоже кажется совершенно случайным, поскольку означает, что благоприятная мутация повышает вероятность выживания и размножения особи, которая передаст данную мутацию потомству. В остальном же активность особи на протяжении жизни выглядит биологически незначимой, поскольку не оказывает никакого влияния на потомство: приобретенные признаки не наследуются. Любой навык или умение будет утрачен, не оставит следа, погибнет вместе с особью и не передастся следующему поколению. В такой ситуации разумное существо предположило бы, что природа не нуждается в его помощи: она все делает сама, обрекая особь на бездействие и даже нигилизм.

Как известно, теория Дарвина была не первой систематической теорией эволюции. Ей предшествовала теория Ламарка, которая целиком основывалась на предположении, что любое новое качество, приобретенное особью на протяжении жизни благодаря специфичному окружению либо поведению до размножения, может перейти – и обычно переходит – к ее потомству, если не полностью, то хотя бы частично. Так, если у животного, обитающего на каменистой или песчанистой почве, возникают на подошвах ног защитные мозоли, это огрубение постепенно станет наследуемым, и новые поколения получат его в дар, а не приобретут собственным трудом. Сходным образом сила, или навык, или даже существенная адаптация, возникшая в каком-либо органе по причине его активного использования для неких задач, не потеряется, а перейдет потомкам. Данная точка зрения не только с легкостью объясняет удивительно замысловатые и специфичные приспособления к окружающей среде, столь характерные для всех живых существ, – она выглядит красивой, воодушевляющей, ободрительной и вдохновляющей. Она намного привлекательнее мрачной пассивности, очевидно, предлагаемой дарвинизмом. Разумное существо, считающее себя звеном в длинной эволюционной цепи, может, по теории Ламарка, быть уверено, что его старания и попытки улучшить свои возможности, как телесные, так и ментальные, не пропадут впустую в биологическом смысле, а внесут вклад, пусть и небольшой, в стремление вида к вершинам совершенства.

К сожалению, ламаркизм несостоятелен. Его фундаментальная предпосылка – а именно предположение о наследовании приобретенных признаков – неверна. Насколько нам известно, они не наследуются. Отдельными шажками эволюции являются те самые спонтанные и неожиданные мутации, которые не имеют ничего общего с поведением отдельной особи на протяжении ее жизни. И это возвращает нас к мрачному аспекту дарвинизма, какой я описал выше.

Поведение влияет на отбор

Теперь я хочу продемонстрировать вам, что дело обстоит не совсем так. Не меняя основных предположений дарвинизма, можно увидеть, что поведение особи, то, как она использует врожденные способности, играет весьма значимую – нет, наиболее значимую – роль в эволюции. В рассуждениях Ламарка есть верное зерно: существует неразрывная причинная связь между работой, реальным использованием признака – органа, любой особенности либо способности или физического качества – и его развитием в череде поколений и постепенным приспособлением к выполнению функций, для которых он успешно применяется. Данная связь между употреблением и улучшением была верной догадкой Ламарка; она присутствует в современном дарвиновском учении, однако ее легко проглядеть при поверхностном знакомстве с дарвинизмом. События развиваются почти согласно ламаркизму, вот только их «механизм» сложнее, чем думал Ламарк. Это непросто объяснить или понять, а потому следует сразу подвести итоги. Чтобы быть более конкретными, представим себе орган, хотя в этом качестве может выступить любое свойство, привычка, приспособление, поведение или даже небольшое дополнение либо модификация вышеперечисленного. Ламарк считал, что орган (а) используется; (б) следовательно, совершенствуется; и (в) данное усовершенствование передается потомству. Это не так. Мы вынуждены предполагать, что орган (а) подвергается случайным изменениям; (б) успешно используемые изменения накапливаются или хотя бы подчеркиваются отбором; и (в) это продолжается из поколения в поколение, и отобранные мутации приводят к длительному улучшению. По мнению Джулиана Хаксли, самая удивительная имитация ламаркизма имеет место, когда начальные изменения, запускающие процесс, не являются истинными мутациями и пока не наследуются. Однако если они благоприятны, сила, которую Хаксли называет органическим отбором, может выделить их и, так сказать, вымостить путь истинным мутациям, которые при появлении мгновенно закрепятся, направив эволюцию в «желаемом» направлении.

Давайте немного углубимся в детали. Самое главное – понять, что новое качество или изменение качества, приобретенное благодаря изменчивости, мутации либо мутации и отбору, вполне может подтолкнуть организм к взаимодействию с окружающей средой, которое повысит полезность этого качества и тем самым «усилит» отбор. Получив новое либо измененное свойство, особь может изменить окружающую среду путем прямого преобразования или миграции. Возможно также, данное свойство заставит особь изменить свое поведение по отношению к окружающей среде, и все это таким образом, чтобы усилить полезность нового качества и тем самым ускорить его дальнейшее селективное улучшение в этом направлении.

Данное утверждение может показаться слишком смелым, поскольку оно предполагает, будто у особи есть цель и даже развитый интеллект. Но я хочу подчеркнуть, что мои слова, безусловно, относятся к разумному, целенаправленному поведению высших животных, однако ни в коем случае не ограничиваются ими. Приведем несколько примеров.

Не все особи в популяции обитают в одинаковых условиях. Одни дикорастущие цветы оказываются в тени, другие – на солнце; одни – высоко на склоне горы, другие – ближе к подножию или в долине. Мутация, например ворсинки на листьях, дающая преимущество на высоте, будет поддержана отбором на горных склонах, но будет «утрачена» в долине. Эффект такой же, как если бы мутанты с ворсинками мигрировали в среду обитания, которая будет благоприятствовать дальнейшим мутациям в том же направлении.

Другой пример: способность летать позволяет птицам строить гнезда высоко на деревьях, где их птенцы лучше защищены от врагов. Приспособившиеся к этому особи сначала получили селекционное преимущество. Второй шаг заключался в том, что подобное место жительства должно было способствовать отбору успешных летунов среди потомства. Таким образом, умение летать изменило среду обитания или поведение по отношению к среде, которая способствует приобретению данного умения.

Самая необычная особенность живых существ заключается в том, что они разделены на виды, и многие приспособлены к конкретным, зачастую сложным действиям, от которых зависит их выживание. Зоопарки имеют много общего с выставками диковин – и это сходство усилится, если принять во внимание жизненный цикл насекомых. Отсутствие специализации – исключение. Правило – специализация на странных заученных фокусах, которые «никому бы и в голову не пришли, не будь они созданы природой». Трудно поверить, что все это возникло благодаря дарвиновскому «случайному накоплению». Хотите вы того или нет, силы либо тенденции уводят от «очевидного и простого» в определенных направлениях к сложному. «Очевидное и простое», судя по всему, тождественно нестабильности. Уход от него пробуждает силы – по крайней мере так это выглядит – двигаться дальше, в том же направлении. Это трудно осознать, если развитие конкретного приспособления, механизма, органа или полезного поведения осуществляется благодаря длинной цепочке случайных событий, не зависящих друг от друга, как мы привыкли думать в рамках исходной концепции Дарвина. В действительности лишь самый первый шажок «в некоем направлении» согласуется с этим подходом. Сам шажок вызывает обстоятельства, которые «преобразуют пластичный материал» – путем селекции – все более целенаправленно в сторону приобретенного в начале преимущества. Метафорически выражаясь, вид находит, в каком направлении кроется его жизненный шанс, и следует ему.

Ложный ламаркизм

Мы должны попытаться в общих чертах понять – и разумным образом сформулировать – представления о том, каким образом случайная мутация, дающая особи некое преимущество и способствующая ее выживанию в данных условиях, может сделать нечто большее, а именно, сосредоточившись на себе, повысить шансы выгодно использовать селективное давление окружающей среды.

Чтобы разобраться в данном механизме, схематично представим окружающую среду как набор благоприятных и неблагоприятных обстоятельств. К первым относятся еда, питье, убежище, солнечный свет и тому подобное; к последним – опасности со стороны других живых существ (врагов), яды и суровые погодные условия. Для краткости будем называть первые обстоятельства нуждами, а последние – врагами. Не каждую нужду можно удовлетворить, не каждого врага – избежать. Однако чтобы выжить, биологический вид должен выработать поведение, позволяющее достигнуть компромисса путем избегания самых опасных врагов и удовлетворения насущных нужд с использованием наиболее доступных ресурсов. Благоприятная мутация повышает доступность ресурсов, либо снижает опасность врагов, либо делает и то и другое. Таким образом, она повышает шансы на выживание особей, наделенных ею, а кроме того, смещает самый выгодный компромисс, поскольку изменяет относительный вес тех нужд или врагов, на которых влияет. Особи, какие – случайно или осмысленно – соответственно изменят свое поведение, получат преимущество и будут отобраны отбором. Подобная перемена поведения не передастся следующему поколению напрямую, через геном, но это не означает, что она не передастся вовсе. Самый простой и примитивный пример – уже упомянутый нами вид цветов (растущих на длинном горном склоне), в котором появляется покрытый волосками мутант. Получившие преимущество на вершинах мутанты распространят в этих областях свои семена, и следующее поколение «волосатых», можно сказать, «вскарабкается по склону», чтобы «использовать благоприятную мутацию лучшим образом».

Следует помнить, что, как правило, ситуация меняется чрезвычайно быстро и борьба идет нешуточная. В плодовитой популяции, которая в настоящий момент живет, не увеличиваясь значительно в размерах, враги обычно преобладают над нуждами, и выживание особи является исключением. Более того, враги и нужды зачастую связаны друг с другом, и удовлетворить насущную потребность можно, лишь встретившись с неким врагом. (Например, антилопе нужно подойти к реке, чтобы напиться, но льву тоже отлично известно это место.) Узор врагов и нужд сплетается сложным образом. Незначительное снижение определенной опасности благодаря мутации может обеспечить значительную разницу для тех мутантов, которые встретятся с этой опасностью и тем самым избегнут других. Это приведет к отбору не только данной генетической особенности, но также умения (случайного или намеренного) ею пользоваться. Подобное поведение передается потомкам посредством примеров, то есть в общем смысле обучения. Изменение поведения, в свою очередь, повышает селективную ценность любой последующей мутации в том же направлении.

Проявления такого процесса могут напоминать механизм, описанный Ламарком. Хотя ни приобретенное поведение, ни сопряженные с ним физические изменения не передаются потомству напрямую, поведение играет здесь важную роль. Однако причинная связь вовсе не такова, как считал Ламарк. Наоборот. Не поведение меняет физические качества родителей, которые, физическим же путем, передаются потомству. А физическая перемена в родителях изменяет – прямо либо косвенно, через отбор – их поведение, и это изменение поведения, через пример, или обучение, или еще более примитивным способом, передается потомству, вместе с физической переменой в геноме. Однако даже если физическая перемена еще не стала наследуемой, передача измененного поведения посредством «обучения» может являться важным эволюционным фактором, открывающим двери будущим наследуемым мутациям, к использованию, а значит и эффективному отбору которых все готово.

Генетическая фиксация привычек и навыков

Кто-то возразит, что описанные нами события происходят время от времени, но не могут продолжаться бесконечно, формируя основной механизм адаптивной эволюции. Ведь изменение поведения само по себе не передается физически, через вещество наследственности, а именно хромосомы. Следовательно, поначалу данное изменение не зафиксировано генетически, и сложно представить, каким образом осуществится его встройка в наследуемый материал. Эта проблема важна сама по себе. Мы знаем, что привычки наследуются; на ум приходит способ строить гнезда у птиц или любовь к чистоте у собак и кошек. Если бы дарвинизм был не в состоянии это объяснить, его бы пришлось отвергнуть. Особое значение этот вопрос приобретает по отношению к человеку, поскольку нам хочется считать, будто наши жизненные труды и борьба внесут свой вклад в развитие вида, в прямом биологическом смысле. Лично я полагаю, что дело обстоит таким образом.

Согласно нашим предположениям, поведение изменяется вместе с физическими качествами, изначально вследствие случайных трансформаций последних, но вскоре начинает направлять механизм дальнейшего отбора в определенную сторону, поскольку, раз это поведение стало преимуществом после первых рудиментарных успехов, лишь дальнейшие мутации в том же направлении будут иметь какую-либо селективную ценность. Но по мере развития нового органа связь между поведением и его наличием становится все крепче. Поведение и телосложение сливаются воедино. Нельзя обладать ловкими руками и не использовать их в своих целях – они будут помехой (как это часто случается с новичками на сцене, которые не понимают, чего хотят добиться). Нельзя обладать рабочими крыльями и не пытаться летать. Нельзя обладать модуляционным речевым аппаратом и не пытаться воспроизвести звуки, которые раздаются вокруг. Разделять обладание органом и стремление пользоваться им и повышать свои умения, считать эти особенности различными характеристиками организма, означает вводить искусственное разграничение, которое возможно благодаря абстрактному языку, но не имеет аналогов в природе. Разумеется, мы не должны считать, будто «поведение» постепенно вторгается в структуру хромосом и т. п., приобретая там определенные «локусы». Сами новые органы, фиксирующиеся генетически, несут в себе привычку и способы своего использования. Отбор не смог бы «произвести» новый орган без помощи самого организма, применяющего этот орган в соответствующих целях. И это очень важно. Таким образом, два процесса идут параллельно и в итоге, а точнее, на каждой стадии фиксируются в геноме как единое целое – используемый орган, – словно подтверждая правоту Ламарка.

Полезно сравнить этот естественный процесс с созданием человеком инструментов. Поначалу кажется, что существует разительный контраст. Собирая тонкий механизм, мы в большинстве случаев испортим его, если проявим нетерпение и попробуем применить это устройство снова и снова, задолго до завершения работы. Природа, можно сказать, поступает иначе. Она способна создать новый организм и его органы лишь путем постоянного использования, испытания, проверки на эффективность. Но эта параллель ошибочна. Создание человеком отдельного инструмента схоже с развитием отдельной особи, от яйцеклетки к взрослому организму. Вмешательство в данный процесс тоже нежелательно. Молодежь нужно защищать, нельзя заставлять работать, пока она не наберется сил и не овладеет видовыми навыками. Эволюционное развитие организма похоже, например, на историческую выставку велосипедов, демонстрирующую, как машина постепенно менялась, год за годом, десятилетие за десятилетием, или выставку локомотивов, автомобилей, самолетов, пишущих машинок и т. п. В этом случае, как и в естественном процессе, кажется очевидным, что машину следует постоянно эксплуатировать и улучшать – не в буквальном смысле посредством использования, но посредством накопленного опыта и предложенных изменений. Кстати, велосипед иллюстрирует вышеописанный старый организм, достигший предельного совершенства и практически переставший меняться. Однако вымирать он вовсе не планирует!

Опасности для интеллектуальной эволюции

Вернемся к началу главы. Мы начали с вопроса: возможно ли дальнейшее биологическое развитие человека? Думаю, наша дискуссия выявила два существенных момента.

Первый заключается в биологической значимости поведения. Подчиняясь не только внешней среде, но и врожденным способностям, и адаптируясь к изменению любого из этих факторов, поведение, пусть и не наследуемое, может ускорить эволюционный процесс на несколько порядков. В то время как у растений и низших представителей царства животных адекватное поведение достигается медленным отбором, то есть методом проб и ошибок, развитый интеллект человека позволяет ему осознанно выбирать поведение. Это невероятное преимущество может с легкостью перевесить медлительность и относительную редкость актов воспроизведения, которое также подавляет биологически опасная тенденция сдерживать число потомков в рамках доступных ресурсов.

Второй момент, касающийся достижимости биологического развития человека, тесно связан с первым. В определенном смысле существует полный ответ: это зависит от нас и наших поступков. Нельзя ждать и верить, что будущее предопределено неумолимой судьбой. Если нам это нужно, следует действовать. Если нет – значит, нет. Так же, как политическое и социальное развитие и последовательность исторических событий в целом не определяются нормами, а преимущественно зависят от наших собственных поступков, и наше биологическое будущее, которое в широком масштабе представляет собой лишь историю, не может считаться неизменной участью, заранее предопределенной законом природы. В любом случае это не так для нас, игроков этой пьесы, хотя высшему существу, наблюдающему за нами, как мы наблюдаем за муравьями и птицами, может показаться иначе. Причина, по которой человек склонен считать историю, в узком и широком смысле, предопределенной цепью событий, управляемых законами, какие он не в состоянии изменить, очевидна. Суть в том, что каждый индивидуум уверен, будто лично он не в состоянии сделать почти ничего, если только не внушит свое мнение многим другим и не убедит их вести себя соответственно.

Что касается конкретного поведения, необходимого для обеспечения нашего биологического будущего, я упомяну лишь одно общее соображение, которое мне кажется чрезвычайно важным. Я считаю, что в настоящий момент нам грозит серьезная опасность свернуть с «пути к совершенству». Из вышесказанного следует, что отбор является неотъемлемой составляющей биологического развития. Если его исключить, развитие остановится, а то и повернет вспять. Выражаясь словами Джулиана Хаксли, «…преобладание дегенеративных (гибельных) мутаций приводит к дегенерации органа, утратившего свою полезность, и, соответственно, отбор больше не поддерживает его в должном состоянии».

Я верю, что возрастающая механизация и «отупление» большинства производственных процессов представляют серьезную опасность общего вырождения нашего мыслительного органа. Чем больше подавление ручного труда и распространение однообразной, скучной работы на конвейере выравнивают жизненные шансы умелого и вялого работника, тем меньше становится нужда в хорошем мозге, ловких руках и остром зрении. Действительно, отбор будет способствовать невежественным людям, которым проще смириться с нудным, тяжелым трудом; они станут процветать, обзаводиться хозяйством и потомством. Результат можно сравнить с отрицательным отбором одаренности и талантов.

Трудности современного промышленного существования привели к возникновению определенных институтов, направленных на их облегчение, например, к защите от эксплуатации и безработицы, а также другим социальным и обеспечительным мерам. Их считают полезными и обязательными. Однако мы не можем закрыть глаза на факт, что, избавляя человека от необходимости заботиться о себе и уравнивая шансы каждого индивидуума, эти меры также устраняют конкуренцию талантов, а следовательно, тормозят биологическую эволюцию. Я понимаю, что это заявление в высшей степени спорно. Кто-то может привести факты в пользу того, что забота о нашем нынешнем благосостоянии должна перевешивать тревогу по поводу эволюционного будущего. Но, к счастью, согласно моим главным аргументам, они неразделимы. После нищеты самым страшным бедствием в нашей жизни является скука. Вместо того чтобы позволять изобретенным нами искусным машинам производить все больше мимолетной роскоши, мы должны сделать так, чтобы они избавили человека от груза неинтеллектуальной, механической, «машинной» работы. Машина должна взять на себя тяжелый труд, для которого человек слишком хорош, а не человек – труд, для которого машина слишком дорога, как это часто случается. Подобный подход не снизит стоимости производства, но сделает вовлеченных в него людей более счастливыми. Вряд ли это произойдет, пока в мире преобладает конкуренция между крупными фирмами и концернами. Однако подобная конкуренция неинтересна и бессмысленна с биологической точки зрения. Нашей целью должно стать возрождение занимательной и разумной конкуренции отдельных людей.

Глава 3

Принцип объективации

Девять лет назад я предложил два основных принципа, которые формируют основу научного метода: принцип понятности природы и принцип объективации. С тех пор я возвращался к этому вопросу, в последний раз – в небольшой книге «Природа и греки»[54]. Здесь я хочу подробно остановиться на втором принципе – объективации. Прежде чем уточнить, что́ я имею в виду, позвольте устранить возможное непонимание, о существовании которого я узнал из нескольких рецензий на ту книгу, хотя думал, что пресек его в корне. Все просто: читатели решили, будто моей целью являлось установить фундаментальные принципы, каким следовало бы лежать в основе научного метода – или которые, по крайней мере, справедливо и разумно лежат в основании науки и не должны его покидать ни при каких обстоятельствах. Это отнюдь не так. Я лишь утверждал и утверждаю, что они есть и, кстати, достались нам в наследство от древних греков, которым обязана своим существованиям вся наша западная наука и научная мысль.

Это непонимание вполне объяснимо. Когда слышишь, как ученый перечисляет основные научные принципы и называет два из них фундаментальными и проверенными временем, легко решить, что он, по крайней мере, отдает им предпочтение и желает их навязать. Но наука никогда ничего не навязывает – наука утверждает. Она не преследует никаких целей, кроме истинных и адекватных утверждений по поводу своего объекта. Ученые навязывают лишь истину и честность – навязывают их себе и другим ученым. В данном случае объектом является сама наука – ее развитие, и становление, и нынешнее состояние, – а вовсе не то, какой ей следует быть или как следует развиваться в будущем.

Теперь давайте рассмотрим сами принципы. В отношении первого, «понятности природы», я скажу только пару слов. Самое удивительное в нем то, что его пришлось придумывать, что в нем вообще возникла необходимость. Он возник благодаря Милетской школе[55] и сохранился до наших дней практически нетронутым, пусть и не всегда чистым. Современное течение в физике похоже на серьезное загрязнение. Принцип неопределенности, предполагаемое отсутствие строгой причинной связи в природе, может представлять собой шаг в сторону от данного принципа, частичный отказ от него. Это интересный предмет дискуссии, однако здесь я собираюсь обсуждать другой принцип, названный мной объективацией.

Под этим принципом я имею в виду то, что часто называют «гипотезой реального мира» вокруг нас. Я считаю, что она означает некое упрощение, на какое мы соглашаемся, чтобы овладеть бесконечно сложной проблемой природы. Сами того не сознавая и без строгой систематичности, мы исключаем предмет знания из сферы природы, которую стремимся постичь. Мы ставим лично себя на позицию наблюдателя, который не является частью мира, и тем самым превращаем этот мир в объективный. Замысел скрыт двумя обстоятельствами. Во-первых, мое собственное тело (к которому столь очевидно и тесно привязана мыслительная активность) формирует часть объекта (реальный мир вокруг меня), который я создаю из своих ощущений, чувств и воспоминаний. Во-вторых, тела других людей формируют часть этого объективного мира. У меня есть весомые причины считать, что другие тела также связаны с вместилищами сфер сознания – или являются таковыми. Нет поводов сомневаться в некой реальности этих чужеродных сфер сознания, однако я лишен каких-либо субъективных способов доступа к ним. Таким образом, я склонен воспринимать их как нечто объективное, формирующее часть окружающего меня реального мира. Более того, поскольку между мной и другими нет различий, но, напротив, существует абсолютная симметрия целей и намерений, я делаю вывод, что сам также составляю часть реального, материального мира. Можно сказать, я возвращаю свое сознательное «я» (мыслительным продуктом которого является этот мир) обратно в него – вызывая тем самым хаос катастрофических логических следствий, что проистекают из вышеупомянутой цепи неверных заключений. Позднее мы их перечислим; сейчас же позвольте мне упомянуть два самых вопиющих противоречия, возникающих в силу понимания того факта, что более-менее удовлетворительной картины мира удалось добиться высокой ценой исключения из нее нас самих, согласия с ролью независимого наблюдателя.

Первое из этих противоречий заключается в изумлении, которое мы испытываем, обнаружив, что наш мир «бесцветен, безмолвен и холоден». Цвет и звук, тепло и прохлада – самые знакомые нам ощущения. Неудивительно, что их нет в модели мира, из которой мы исключили свою мыслящую личность.

Второе противоречие – бесплодный поиск места, где сознание влияло бы на материю или материя на сознание, столь хорошо знакомый нам по тщательным исследованиям сэра Чарльза Шеррингтона[56], великолепно описанным в «Человеке и его природе». Материальный мир удалось построить, лишь устранив из него себя, то есть сознание. Оно не является частью этого мира, следовательно, не может ни влиять на него, ни подвергаться влиянию какой-либо из его частей. (Эта мысль была кратко и четко выражена Спинозой, см. с. 122.)

Я бы хотел детальнее обсудить сделанные мною утверждения. Сначала позвольте процитировать слова из статьи К. Г. Юнга, понравившиеся мне тем, что они подчеркивают ту же идею в совсем ином контексте, пусть и весьма оскорбительно. В то время как я продолжаю считать изъятие предмета знания из картины объективного мира высокой ценой, заплаченной за более-менее удовлетворительный на данный момент результат, Юнг идет дальше и винит нас в том, что мы уплатили этот выкуп, желая выбраться из невероятно сложной ситуации. Он говорит:

«Однако любая наука (Wissenschaft) есть функция души, в которой коренится любое знание. Душа – величайшее из всех мировых чудес, это conditio sine qua non[57] существования мира как объекта. Поразительно, что западный мир (за редким исключением) столь мало это ценит. Поток внешних объектов познания заставил предмет всего знания отойти на задний план, а то и совсем исчезнуть»[58].

Разумеется, Юнг прав. Также очевидно, что он, ученый-психолог, намного более чувствителен к нашему исходному гамбиту, чем физик или физиолог. Однако я бы предположил, что быстро отказываться от точки зрения, которой придерживались более 2000 лет, опасно. Мы можем потерять все, а взамен приобрести лишь некую свободу в обособленной, хотя и очень важной области. Но тут перед нами возникает проблема. Относительно молодая наука психология властно требует признания, и нам придется пересмотреть первоначальный гамбит. Это сложная задача, мы не решим ее прямо здесь и сейчас, а потому должны удовлетвориться тем, что привлечем к ней внимание.

В то время как психолог Юнг жалуется на исключение сознания, забвение души, как он его называет, в картине нашего мира, я, напротив, а может, в дополнение, хотел бы процитировать выдающихся представителей более пожилых и скромных наук, физики и физиологии. А они констатируют следующий факт: «научный мир» стал настолько объективным, что в нем не осталось места сознанию и его непосредственным ощущениям.

Возможно, читатели помнят «два письменных стола» А. С. Эддингтона[59]: один – привычный старый стол, за которым он сидит, положив руки на столешницу; другой – научное физическое тело, не только лишенное каких-либо чувственных качеств, но и испещренное дырами. Бо́льшую его часть занимает пустое пространство, ничто, в котором раскиданы бесчисленные крохотные точки нечто, вращаются электроны и ядра, неизменно разделенные расстояниями, по крайней мере в 100 000 раз превышающими их собственный размер. Противопоставив эти два стола друг другу в своем чудесном утонченном стиле, Эддингтон подводит итог:

«В мире физики мы – зрители театра теней на представлении, которое дает привычная жизнь. Тень моего локтя покоится на тени стола, тень чернил изливается на тень бумаги… Откровение, что физическая наука имеет дело с миром теней, является одним из самых значимых среди наших последних достижений»[60].

Прошу обратить внимание, что самые недавние наши достижения не имеют отношения к приобретению миром физики теневого статуса. Она обладала им еще во времена Демокрита и даже раньше, однако мы об этом не догадывались. Мы думали, что имеем дело с миром как таковым; такие выражения, как модель или образ для абстрактных научных конструкций, возникли, насколько мне известно, только во второй половине XIX века.

Позднее сэр Чарльз Шеррингтон опубликовал свой монументальный труд «Человек и его природа»[61]. Эта книга пронизана подлинным поиском объективных доказательств существования взаимодействия между материей и сознанием. Я подчеркиваю эпитет «подлинным», поскольку лишь при помощи серьезных, искренних усилий можно предпринять поиск, который самому тебе заранее кажется безнадежным, поскольку (вопреки распространенному убеждению) его предмета не существует. Краткий итог приведен на с. 357:

«Таким образом, сознание, все то, что может постичь восприятие, в нашем пространственном мире – слабее призрака. Невидимое, неосязаемое, это даже не контур объекта – это вообще не объект. У него нет чувственного подтверждения – и никогда не будет».

Я бы перефразировал это так: сознание воздвигло объективный внешний мир натурфилософа из своего собственного материала. Оно могло справиться с необъятной задачей лишь одним способом: упростить ее путем собственного исключения – отстраниться от абстрактного творения. Соответственно, творец находится за пределами этого мира.

Невозможно передать все величие бессмертного труда Шеррингтона посредством цитат. Каждый должен прочитать его сам. Однако я приведу несколько более частных случаев.

«Физическая наука… заводит нас в тупик, утверждая, что сознание не может само по себе играть на фортепьяно, не может само по себе шевелить пальцем или рукой.

Потом мы оказывается в тупике – сталкиваемся с провалом на месте того, как сознание управляет материей. Непоследовательность заставляет нас пошатнуться. Это непонимание?»

Противопоставьте эти выводы физиолога-экспериментатора XX столетия простому утверждению величайшего философа XVII века, Бенедикта Спинозы («Этика», часть III, положение 2):

Nec corpus mentem ad cogitandum, nec mens corpus ad motum, neque ad quietem, nec ad aliquid (si quid est) aliud determinare potest.

[Ни тело не может побудить сознание думать, ни сознание – побудить тело двигаться, или отдыхать, или делать что-либо еще (если таковое действие существует).]

Это тупик. Неужели не мы сами совершаем собственные поступки? Однако мы чувствуем за них ответственность, несем наказание или принимаем похвалу, в зависимости от обстоятельств. Это ужасный парадокс. Я утверждаю, что его не в состоянии решить современная наука, которая, сама того не ведая, по-прежнему целиком поглощена «принципом исключения», откуда и возникает парадокс. Это понимание ценно, но не позволяет справиться с проблемой. Нельзя избавиться от «принципа исключения» посредством, так сказать, переговоров. Придется перестроить научную точку зрения, создать заново саму науку. Здесь требуется осторожность.

Итак, мы оказались в следующей ситуации. Хотя вещество, из которого складывается наша картина мира, получено исключительно органами чувств, выполняющими функцию органов сознания, – а значит, картина мира каждого человека всегда является плодом его сознания, и невозможно доказать, будто у нее есть какое-либо иное воплощение, – сознательный ум сам по себе остается чужаком в этой картине: ему нет в ней места, его не найдешь в мировом пространстве. Обычно мы не осознаем данного факта, поскольку привыкли думать, будто личность человеческого существа – или, если на то пошло, животного – помещается в его теле. Обнаружить, что в действительности ее нельзя там отыскать, настолько удивительно, что это открытие вызывает сомнения и недоверие, и мы не хотим его признавать. Мы привыкли помещать думающую личность в голову человека – я бы сказал, в паре дюймов за серединой отрезка, соединяющего глаза. Оттуда она одаривает нас понимающими, или любящими, или подозрительными, или злыми взглядами. Интересно, замечал ли кто-нибудь, что глаз – единственный орган чувств, чей исключительно воспринимающий характер мы наивно отвергаем. Мы скорее склонны думать о «зрительных лучах», испускаемых глазом, нежели о «лучах света», проникающих в него извне. Такие «зрительные лучи» нередко встречаются в комиксах и даже на старых схемах, иллюстрирующих оптический инструмент или закон: пунктирная линия, выходящая из глаза и нацеленная на объект, с указывающей направление стрелкой на дальнем конце. Дорогой читатель, или, лучше, читательница, вспомните блестящие, радостные глаза, которыми смотрит на вас ваш ребенок, когда вы приносите ему новую игрушку, а потом выслушайте утверждение физика, будто на самом деле эти глаза ничем не лучатся. В действительности их единственная объективно детектируемая функция заключается в том, чтобы постоянно подвергаться бомбардировке квантами света и воспринимать их. В действительности! Что за странная действительность! В ней явно чего-то не хватает.

Нам трудно поверить в то, что локализация личности, мыслящего сознания в теле – лишь символичное понятие, удобное с практической точки зрения. Давайте вооружимся всем доступным нам знанием и последуем за «нежным взглядом» вглубь тела. Там мы увидим в высшей степени интересную кутерьму, или, если хотите, аппаратуру. Мы обнаружим миллионы клеток особого строения, организация которых чрезвычайно замысловата, но способствует эффективному дальнему взаимодействию и сотрудничеству. Ритмичные электрохимические импульсы непрерывно атакуют их и быстро изменяются, передаваясь от нервной клетки к нервной клетке. Каждую долю секунды возникают и блокируются десятки тысяч контактов, совершаются химические превращения, а может, и другие перемены, пока не открытые. Мы обнаружим все это, а поскольку наука физиология развивается, можно не сомневаться, что в будущем мы узнаем о происходящем еще больше. Но давайте представим, что в конкретном случае вы наконец увидите несколько эфферентных пучков пульсирующих токов, которые выходят из головного мозга и по длинным клеточным выростам (моторным нервным волокнам) передаются в определенные мускулы руки, а та, в свою очередь, побуждает нерешительную, дрожащую ладонь махнуть вам на прощание перед долгой, томительной разлукой. В то же время вы можете обнаружить, что некие другие пульсирующие волокна обеспечивают секрецию определенных желез, заставляя бедные печальные глаза подернуться слезами. Однако будьте уверены: как бы далеко ни продвинулась физиология, нигде на этом пути от гла́за через головной мозг к мышцам руки и слезным железам вы не встретите сознания, ужасной боли, растерянной тревоги, которую испытывает душа, хотя их существование для вас будет столь же очевидным, словно вы испытывали их сами, – и вы действительно будете их испытывать! Картина, какой удостаивает нас физиологический анализ любого человеческого существа, даже нашего самого близкого друга, напоминает мне мастерский рассказ Эдгара Аллана По, который, не сомневаюсь, хорошо помнят многие читатели. Я имею в виду «Маску красной смерти». Принц и его свита укрылись в уединенном замке, чтобы спастись от поветрия красной смерти, бушующей в стране. Неделю спустя, облачившись в причудливые платья и маски, они устраивают великолепный бал. Один из гостей, высокий, укутанный в красный саван, явно олицетворяет мор и заставляет всех содрогнуться от невоздержанности этого выбора и опасения, что в замок пробрался чужак. В конце концов с гостя срывают саван и маску. Под ними ничего нет.

Наши черепа не пусты. Но хотя их содержимое и вызывает острый интерес, оно ничто по сравнению с жизнью и эмоциями души.

Поначалу это откровение может огорчить. Однако по размышлении мне оно приносит скорее облегчение. Когда смотришь на тело умершего друга, по которому очень скучаешь, разве не утешительно сознавать, что тело это никогда не являлось вместилищем его личности, но лишь символически использовалось «в практических целях»?

Те из вас, кто интересуется физическими науками, могут пожелать, чтобы я также добавил идеи, касающиеся субъектов и объектов, которым уделяет значительное внимание научная мысль, господствующая в квантовой физике, чьими адептами стали Нильс Бор, Вернер Гейзенберг, Макс Борн и другие. Позвольте кратко изложить эти идеи. Дело обстоит так[62].

Мы не можем сделать какого-либо фактического заключения о некоем природном объекте (или физической системе), не «вступив с ним в контакт». Этот контакт есть реальное физическое взаимодействие. Даже если оно заключается в том, что мы просто «смотрим на предмет», световые лучи должны столкнуться с ним и, отразившись, проникнуть в наш глаз или другой инструмент наблюдения. Это означает, что наблюдение влияет на объект. Нельзя получить информацию о полностью изолированном объекте. Теория утверждает, что данное влияние не является незначимым и его нельзя полностью отследить. Таким образом, после любого числа тщательных наблюдений объект пребывает в состоянии, характеристики которого (только что изученные) известны, в то время как другие (подвергшиеся влиянию последнего наблюдения) неизвестны либо известны не полностью. Подобное состояние дел используется в качестве объяснения, почему ни одному физическому объекту невозможно дать полное, исчерпывающее описание.

Если допустить, что так оно и есть – а такое возможно, – это противоречит принципу постижимости природы. Само по себе это не катастрофа. В самом начале я говорил, что мои два принципа не предназначены для того, чтобы навязывать их науке. Они лишь выражают путь, которого мы придерживались в физической науке на протяжении долгих, долгих веков и с какого непросто свернуть. Лично я не уверен, что наше нынешнее знание оправдывает перемены. Вероятно, наши модели можно изменить таким образом, что они ни в один из моментов времени не будут обладать свойствами, которых в принципе нельзя увидеть одновременно. Эти новые модели будут беднее одновременными свойствами, но богаче способностями адаптироваться к изменению окружающей среды. Однако это внутренний вопрос физики, и не место и не время решать его. Но исходя из вышеизложенной теории, из неизбежного и недетектируемого влияния измерительных устройств на объект наблюдения, были сделаны и выдвинуты на передний план возвышенные выводы эпистемологической природы, касающиеся взаимосвязи между субъектом и объектом. Считается, что недавние физические открытия вплотную подошли к таинственной границе между ними. Граница, как нам говорят, не является четкой. Нас уверяют, что мы никогда не сможем наблюдать за объектом, не изменяя и не оттеняя его самим актом своего наблюдения. Нам дают понять, что под влиянием наших утонченных методов наблюдения и размышлений о результатах эксперимента эта загадочная граница между субъектом и объектом стирается.

С целью опровергнуть эти утверждения давайте примем освященное временем разделение – или различение – объекта и субъекта, подобно многим мыслителям века минувшего и нынешнего. Среди придерживавшихся данной точки зрения философов, от Демокрита до «старика из Кёнигсберга»[63], почти каждый подчеркивал, что все наши чувства, ощущения и наблюдения несут сильную личностную, субъективную окраску и не отражают природу «вещи в себе», если пользоваться терминологией Канта. В то время как некоторые из этих мыслителей могут иметь в виду лишь в неком роде значимое либо незначимое искажение, Кант предлагает нам окончательно смириться с тем, что мы никогда ничего не узнаем о его «вещи в себе». Таким образом, идея субъективизма очень старая и привычная. Однако сейчас к ней добавилось кое-что новое: не только наши впечатления от окружающей среды зависят от природы и условного состояния органов чувств, но и, напротив, сама окружающая среда подвергается нашему влиянию, а именно изменяется под воздействием устройств, которые мы используем для наблюдения за ней.

Вероятно, так оно и есть – до определенной степени это соответствует действительности. Может, согласно недавно открытым законам квантовой физики, это изменение всегда будет превышать некие определенные пределы. Однако я бы не стал называть это прямым воздействием субъекта на объект. Ведь субъект есть существо, оно чувствует и думает. Ощущения и мысли не принадлежат к «миру энергии» и, как мы знаем благодаря Спинозе и сэру Чарльзу Шеррингтону, не могут изменять этот самый мир.

Все это изложено с той точки зрения, что мы принимаем различие между субъектом и объектом. Хотя мы вынуждены смириться с ним в повседневной жизни «в практических целях», я считаю, что нам следует отвергнуть его в философской мысли. Кант открыл суровые логические последствия данного различия: безупречную, но бессмысленную идею «вещи в себе», о которой мы никогда ничего не узнаем.

Из тех же элементов состоят мое сознание и мир. То же самое относится к любому сознанию и его миру, вне зависимости от непостижимого изобилия «перекрестных ссылок» между ними. Мир дается нам лишь один раз, не существующий, но воспринимаемый. Есть один субъект и объект. И нельзя сказать, что преграда между ними рухнула благодаря недавним успехам физических наук, поскольку данной преграды не существовало.

Глава 4

Арифметический парадокс: единство сознания

Причину, по которой наше разумное, восприимчивое, мыслящее эго не находит места в научной картине мира, можно легко выразить несколькими словами: оно само является этой картиной мира. Оно идентично целому, а следовательно, не может быть его частью. Но, разумеется, здесь мы снова сталкиваемся с арифметическим парадоксом: судя по всему, существует множество сознательных эго, однако лишь один мир. Данный парадокс возникает из-за того, каким образом создается концепция мира. Несколько царств «личных» сознаний частично перекрываются. Общая для них область перекрывания представляет собой конструкцию «реального мира вокруг нас». Но остается неуютное ощущение, вызывающее вопросы: является ли мой мир таким же, как ваш? Существует ли единственный реальный мир, отличный от картин восприятия каждого из нас? И если да, похожи ли эти картины на реальный мир – или последний представляет собой мир «в себе», совсем не такой, как тот, что мы воспринимаем?

Эти вопросы весьма хитроумны, но, на мой взгляд, способны запутать проблему. На них нельзя дать адекватный ответ. Они представляют собой – или вызывают – противоречия, имеющие единый источник. Я назвал его арифметическим парадоксом: наличие многих сознательных эго, из мыслительного опыта которых состоит мир. Решение этого численного парадокса устранит все вопросы вышеупомянутого рода и, осмелюсь сказать, обнажит их фальшивость.

Из численного парадокса существует два выхода, и оба кажутся безумными с точки зрения современной научной мысли, основанной на древнегреческой традиции, а потому полностью «западной». Один из них – умножение миров, согласно жутковатой доктрине монад Лейбница[64]: каждая монада сама по себе представляет мир, и они никак не взаимодействуют друг с другом; у монады «нет окон», она «инкоммуникадо»[65]. Тем не менее все монады схожи между собой, и это называется «предопределенной гармонией». Думаю, мало кому нравится такая идея, и никто не сочтет ее послаблением числительного противоречия.

Очевидно, существует лишь одна альтернатива, а именно – объединение умов, или сознаний. Их множественность является кажущейся, в действительности существует одно сознание. Такова доктрина Упанишад[66]. И не только Упанишад. Мистически сведущий союз с богом подразумевает подобный подход, если только ему не противостоят сильные предрассудки. Это означает, что его легче принимают на Востоке, нежели на Западе. Приведу пример не из Упанишад, а из исламского персидского мистика XIII века Азиза Насафи. Я цитирую его по статье Фрица Майера[67] (и перевожу с немецкого перевода):

«После смерти любого живого существа дух возвращается в мир духовный, тело – в мир телесный. Однако лишь тела подвергаются переменам. Мир духовный есть единый дух, он подобен свету за миром телесным и светит сквозь каждое рожденное существо, словно сквозь окно. Количество света, проникающего в мир, соизмеримо с размером и видом этого окна. Однако сам свет остается неизменным».

Десять лет назад Олдос Хаксли опубликовал великолепный труд, который назвал «Вечной философией»[68]. Он представляет собой антологию работ разных мистиков различных периодов. Откройте ее на любой странице – и увидите множество красивейших высказываний подобного рода. Вы будете потрясены чудесным согласием, царящим среди людей разных рас и религий, не подозревающих о существовании друг друга, разделенных веками и тысячелетиями, расстояниями, каких не найти на нашей планете.

Однако следует заметить, что для западной мысли эта доктрина не близка и неприятна, фантастична и ненаучна. Причина в том, что наша наука – греческая наука – основывается на объективации, а потому не способна адекватно понять предмет знания, то есть сознание. Но я уверен, что именно это и следует исправить в нашем нынешнем образе мышления, может, посредством небольшого вливания восточной мысли. Это будет нелегко. Нам следует помнить об ошибках – переливать кровь всегда нужно с большой осторожностью, чтобы избежать свертывания. Мы не хотим лишиться логической остроты, которой достигла наша научная мысль и какой нет равных ни в одной из эпох.

Тем не менее можно сказать кое-что в защиту мистического учения об «идентичности» всех сознаний друг с другом и с высшим сознанием, в противоположность жуткой монадологии Лейбница. Можно заявить, что доктрину идентичности подтверждает следующий эмпирический факт: никто никогда не испытывал сознание во множественном числе, только в единственном. Никто из нас ни разу не обладал более чем одним сознанием; не существует никаких признаков или косвенных доказательств того, что это когда-либо имело место в мире. Если я заявлю, что в одном разуме не может быть больше одного сознания, это покажется нелепой тавтологией: мы не в состоянии представить противоположное.

Однако возникают случаи или ситуации, когда мы ждем и почти желаем, чтобы это невообразимое событие произошло, если такое возможно. Данный вопрос я бы хотел обсудить более детально и подкрепить свои слова цитатами из сэра Чарльза Шеррингтона, который (редкий случай!) был одновременно гением и серьезным ученым. Насколько мне известно, он не питал склонности к философии Упанишад. Посредством обсуждения я надеюсь расчистить путь будущей ассимиляции доктрины идентичности нашим научным мировоззрением таким образом, чтобы нам не пришлось расплачиваться за это утратой трезвости и логической остроты.

Я только что сказал, что мы не в состоянии даже представить множественных сознаний в одном разуме. Мы можем произнести эти слова, но не описать ими реальный опыт. Даже в патологических случаях «раздвоения личности» две личности чередуются и никогда не действуют одновременно; характерной особенностью заболевания является то, что они не подозревают друг о друге.

Когда во сне, как на кукольном представлении, мы держим в руках ниточки многих актеров, управляя их действиями и речью, мы не догадываемся о том, что делаем. Лишь один из актеров является мной, сновидцем. Я действую и говорю непосредственно через него – и нетерпеливо, встревоженно ожидаю ответа другого актера, не зная, выполнит ли он мою насущную просьбу. Мне в голову не приходит, будто я могу заставить его делать и говорить, что мне заблагорассудится, – и в действительности это не совсем так. Ведь в подобном сне «другой актер» обычно является, осмелюсь сказать, воплощением некой серьезной преграды. Она мешает мне в реальной жизни, и над ней у меня нет власти. Странное положение дел, описанное здесь, очевидно, и есть причина, по которой в старину многие верили, будто действительно общались с людьми, живыми или усопшими, а может, с богами и героями в своих снах. Этот предрассудок весьма живуч. В конце VI века до н. э. Гераклит Эфесский твердо высказался против него, с ясностью, редкой для его местами весьма туманных учений. Однако Лукреций Кар, считавший себя адептом просвещенного мышления, по-прежнему придерживался этого предрассудка в I веке до н. э. В наши дни он, вероятно, встречается реже, но вряд ли исчез совсем.

Позвольте перейти к другому предмету. На мой взгляд, невозможно сформировать идею, например, о том, каким образом мой сознательный разум (который мне кажется единым) мог возникнуть посредством интеграции сознаний клеток (хотя бы некоторых), формирующих мое тело, или каким образом этот разум может в любой момент моей жизни являться их продуктом. Можно подумать, что «клеточное содружество», каковым является каждый из нас, стало бы для сознания отличным поводом проявить множественность, если бы оно было на это способно. Выражение «клеточное содружество» или «клеточное государство» (Zellstaat) в наши дни уже не воспринимается как метафора. Послушаем Шеррингтона:

«Утверждение, что каждая из клеток, составляющих наше тело, представляет собой отдельную, эгоцентричную жизнь, не является пустыми словами или удобным выражением, используемым для описательных целей. Как компонент тела клетка – не только видимая отдельная единица, но и единица жизни, сосредоточенная на самой себе. Она ведет собственную жизнь… Клетка есть единица жизни, а наша жизнь, в свою очередь, есть единая жизнь, состоящая полностью из клеточных жизней»[69].

Однако эту историю можно изучить более детально и конкретно. Патология головного мозга и исследования чувственного восприятия недвусмысленно свидетельствуют о территориальном разделении органов чувств на домены, обладающие удивительной, обширной независимостью, заставляющей предположить, будто эти области связаны с независимыми доменами сознания. Это не так. Возьмем характерный пример. Если посмотреть на далекий ландшафт вначале обычным способом, двумя глазами, потом закрыть левый глаз и посмотреть только правым, а затем закрыть правый и посмотреть левым, вы не увидите заметной разницы. Психическое зрительное пространство во всех трех случаях будет практически идентичным. Это можно объяснить тем, что из соответствующих нервных окончаний в сетчатке стимул поступает в один и тот же центр в головном мозге, где «формируется восприятие», – как, например, у меня дома кнопка у входной двери и кнопка в спальне жены активируют один и тот же звонок, расположенный над кухонной дверью. Это простейшее объяснение – однако оно неверно.

Шеррингтон описывает чрезвычайно интересные эксперименты, посвященные пороговой частоте мерцания. Попробую изложить их кратко. Вообразите миниатюрный маяк, установленный в лаборатории, который совершает много вспышек в секунду, скажем, 40, или 60, или 80, или 100. Когда вы повышаете частоту вспышек, мерцание исчезает на определенной частоте, которая зависит от условий эксперимента, и наблюдатель, следящий за маяком обоими глазами, видит непрерывный свет[70]. Представим, что в определенных обстоятельствах эта пороговая частота равна 60 вспышкам в секунду. Теперь проведем второй эксперимент, такой же, за исключением того, что соответствующее хитроумное устройство будет позволять правому глазу видеть четные вспышки, а левому – нечетные, так, что каждый глаз будет регистрировать лишь 30 вспышек в секунду. Если бы стимулы приходили в один физиологический центр, это не имело бы значения: если я стану нажимать кнопку у входной двери, скажем, раз в две секунды, а моя жена раз в две секунды будет нажимать кнопку в своей спальне, но чередуясь со мной, кухонный звонок будет звонить каждую секунду, будто бы один из нас или мы оба синхронно нажимаем кнопку каждую секунду. Однако в случае второго эксперимента со вспышками это не так. Тридцати вспышек для правого глаза вместе с тридцатью чередующимися вспышками для левого вовсе недостаточно, чтобы скрыть мерцание; для этого придется удвоить частоту, то есть сделать так, чтобы 60 вспышек достигали правого глаза и 60 – левого, если оба глаза открыты. Позвольте привести основной вывод словами самого Шеррингтона:

«Два сигнала объединяет вовсе не пространственная церебральная связь… Складывается впечатление, словно изображения, получаемые правым и левым глазом, видят два наблюдателя, и сознания их объединяются в единый разум. Как будто восприятия правого и левого глаза вырабатываются по отдельности, а после психически соединяются в единое целое… Будто у каждого глаза есть собственный чувствительный центр, обладающий должной репутацией, в котором зависящие от этого глаза мыслительные процессы прорабатываются до высших уровней восприятия. С физиологической точки зрения это означало бы существование визуального субмозга. Потребовалось бы два таких субмозга: один для правого глаза, другой – для левого. Судя по всему, в данном случае единовременность действия, а не структурное единство обеспечивает ментальное сотрудничество»[71].

За этим следуют рассуждения весьма общего характера, из которых я приведу лишь самые характерные пассажи:

«Существуют ли эти квазинезависимые субмозги, основанные на нескольких модальностях чувств? В коре головного мозга «пять» старых чувств не смешиваются замысловатым образом и не проникают друг в друга под воздействием механизмов высшего порядка, но выявляются легко и четко, каждое в своей отдельной области. Действительно ли сознание представляет собой собрание квазинезависимых перцепционных сознаний, психическая интеграция которых в значительной степени осуществляется благодаря временному совпадению ощущений? Когда дело касается «сознания», нервная система не интегрируется путем централизации под управлением епископальной клетки, а скорее развивает многомиллионную демократию, отдельной единицей которой является клетка… конкретная жизнь, составленная из субжизней, несмотря на интеграцию, демонстрирует свою аддитивную природу и провозглашает себя результатом совместных действий крошечных очагов жизни… Однако если мы обратимся к сознанию, в нем нет ничего подобного. Одна нервная клетка вовсе не является миниатюрным мозгом. Клеточное устройство тела не свидетельствует о подобном устройстве «сознания»… Одна епископальная мозговая клетка не может сделать мыслительную реакцию более унифицированной и неделимой, как делает это обширный слой клеток коры головного мозга. Материя и энергия выглядят гранулированными по своей структуре, как и «жизнь» – но не сознание».

Я процитировал отрывки, которые произвели на меня сильное впечатление. Судя по всему, Шеррингтон, владеющий знаниями о том, что в действительности происходит в живом организме, столкнулся с парадоксом, который в силу своей беспристрастности и полной интеллектуальной искренности не попытался скрыть или оправдать (как поступили бы – да и поступали – многие другие), но почти жестоко выставил на всеобщее обозрение, понимая, что это единственный способ приблизить решение научной или философской проблемы, в то время как, прикрывая ее «изящными» фразами, мы лишь тормозим прогресс и укрепляем противоречие (не навсегда, а до тех пор, пока кто-то не заметит наш обман). Парадокс Шеррингтона также является арифметическим, численным, и, на мой взгляд, имеет отношение к тому парадоксу, что я описал выше в этой главе, хотя они и различаются. Вкратце, первый парадокс представлял собой один мир, создаваемый многими сознаниями. У Шеррингтона одно сознание, видимо, основывается на многих клеточных жизнях – или, иными словами, на множественных субмозгах, каждый из которых обладает такой значимостью, что мы склонны приписать ему собственный субразум. Однако мы знаем, что субразум есть кошмарное уродство, как и множественное сознание, и ни тому, ни другому нет места в чьем-либо опыте, да и представить такое невозможно.

Я полагаю, что оба парадокса удастся разрешить (хотя и не претендую на немедленное их решение) путем ассимиляции нашей западной наукой восточной доктрины идентичности. Сознание по самой своей природе есть singulare tantum[72]. Должен сказать, что общее число сознаний равно единице. Осмелюсь назвать его неразрушимым, поскольку оно следует странному расписанию: для сознания существует только сейчас. Для него нет прежде и после. Есть лишь сейчас, включающее воспоминания и ожидания. Однако признаю, что наш язык не в состоянии выразить это. Также признаю, если кто-либо пожелает это подчеркнуть, что в настоящий момент говорю о религии, не о науке – религии, которая не противостоит науке, но черпает поддержку в незаинтересованном научном исследовании.

Шеррингтон утверждает: «Человеческое сознание есть недавний продукт нашей планеты»[73]. Конечно, я с ним согласен. Но без первого слова («человеческое») я бы не согласился. Мы обсуждали это раньше, в главе 1. Было бы странно, даже нелепо полагать, будто мыслящее, разумное сознание, само по себе отражающее становление мира, возникает лишь в какой-то момент этого «становления», случайно, в связи с особым биологическим изобретением, которое по сути своей откровенно облегчает задачу развития определенных жизненных форм с целью их поддержания, а значит, способствует их сохранению и распространению. Жизненных форм, которые пришли последними, и им предшествовали многие другие, существовавшие без этого хитроумного устройства (головного мозга). Небольшая доля этих форм (если считать виды) удосужилась «обзавестись мозгом». А до того, как это случилось, шло ли представление перед пустым залом? Можем ли мы выразиться хотя бы так про мир, который никто не воспринимал? Когда археолог восстанавливает облик давно исчезнувшего города или культуры, его интересует человеческая жизнь в прошлом: поступки, ощущения, мысли, чувства, человеческие радости и печали, проявлявшиеся в те времена. Но мир, на протяжении многих миллионов лет существовавший безо всякого разума, который осознавал бы его присутствие, наблюдал бы за ним, – был ли он на самом деле? Существовал ли в действительности? Не будем забывать: заявив, что становление мира отражается в разумном сознании, мы использовали клише, привычную нам метафору. Мир создан раз и навсегда. Ничто ни в чем не отображается. Исходная картинка и ее зеркальное отражение идентичны. Мир, протяженный в пространстве и времени, есть лишь наше представление (Vorstellung). Опыт не дает нам никаких поводов думать, что за этим кроется нечто большее, – как хорошо понимал Беркли[74].

Однако романтика мира, существовавшего многие миллионы лет, случайно породила головной мозг, где нашла почти трагическое продолжение, которое я вновь опишу словами Шеррингтона:

«Нам говорят, что вселенная энергии замедляется. Она фатально стремится к окончательному равновесию. В его условиях не может существовать жизнь. Тем не менее жизнь продолжает развиваться. И вместе с ней развивается сознание. Если сознание не является энергетической системой, как на него повлияет замедление вселенной? Уцелеет ли оно? До сих пор, насколько мы знаем, конечное сознание всегда было связано с действующей энергетической системой. Когда эта система остановится, что произойдет с привязанным к ней сознанием? Позволит ли вселенная, создавшая – и продолжающая создавать – конечное сознание, погибнуть своему творению?»[75]

Подобные рассуждения сбивают с толку. Нас ошеломляет странная двойственная роль, которую может играть мыслящее сознание. С одной стороны, оно представляет собой сцену – единственную сцену, где разыгрываются мировые процессы, – или сосуд, вместилище, в котором есть все, а за его пределами нет ничего. С другой стороны, создается впечатление – возможно, мнимое, – будто в рамках этого суматошного мира мыслящее сознание привязано к весьма конкретному органу (головному мозгу), который хоть и является, без сомнения, самым интересным устройством в физиологии животных и растений, все же не уникален, не sui generis[76]. Ведь подобно многим другим органам мозг служит лишь для поддержания жизни своих обладателей – и только благодаря этому возник в процессе образования видов путем естественного отбора.

Иногда художник или поэт привносит в большую картину или длинную поэму скромную, второстепенную фигуру, олицетворяющую его самого. Полагаю, именно так поступил автор «Одиссеи», изобразив себя слепым бардом, что в зале феаков поет о битвах за Трою и заставляет изнуренного героя прослезиться. Аналогичным образом в «Песни о Нибелунгах» герои пересекают австрийские земли с певцом, вероятно, автором эпоса. На картине «Поклонение Святой Троице» Альбрехта Дюрера два круга верующих собрались в молитве вокруг вознесшейся высоко в небеса Троицы: круг святых наверху и круг людей на земле. Среди последних есть короли, императоры и папы – а также, если не ошибаюсь, сам художник, непритязательный, смиренный персонаж, которого легко не заметить.

На мой взгляд, это лучший объект для сравнения с загадочной двойственной ролью сознания. С одной стороны, сознание – художник, создатель целого; однако в законченной работе оно – лишь малозначимое дополнение, которое можно убрать без видимого вреда.

Если выражаться без метафор, придется заявить, что здесь мы столкнулись с одним из типичных противоречий, вызванных тем фактом, что мы до сих пор не смогли выработать приемлемый взгляд на мир, который не требовал бы удаления из него нашего собственного сознания, сотворившего картину, где ему самому нет места. Попытки вернуть сознание в мир неизменно приводят к бессмысленностям.

Раньше я отметил, что по этой самой причине картина физического мира лишена тех чувственных качеств, что составляют предмет знания. Данная модель бесцветна, беззвучна и неощутима. Таким же образом и по той же причине мир науки избавлен от – или лишен – всего, что имеет значение по отношению к сознательному созерцанию, восприятию и ощущению предмета. Я имею в виду в первую очередь этические и эстетические ценности – ценности любого рода, все, что связано со значением и масштабом представления. Это не просто отсутствует в чисто научной точке зрения, но и никак в нее не укладывается. Если, подобно ребенку, раскрашивающему черно-белые картинки, попытаться применить эти ценности к науке, ничего не получится, поскольку все, что входит в мир моделей, приобретает форму научного утверждения факта – и становится неверным.

Жизнь ценна сама по себе. «Почитайте жизнь» – так выразил Альберт Швейцер[77] основополагающую заповедь этики. Природа не испытывает почтения к жизни. Обращается с ней как с наименее ценной вещью в мире. Производимая во множестве, она почти вся быстро уничтожается или становится пищей другой жизни. Это и есть лучший способ получения постоянно обновляющихся жизненных форм. «Не мучай и не причиняй боль!» Эта заповедь природе неведома. Ее творения истязают друг друга в непрерывной борьбе.

«Ничто не благо и не зло по своей сути; мысль делает его таковым». Ни одно природное явление само по себе не является хорошим или плохим, красивым или уродливым. Ценностей нет, как нет смысла и цели. Природа действует не преднамеренно. В немецком языке, говоря о целенаправленном (zweckmässig) приспособлении организма к окружающей среде, мы понимаем, что это лишь удобная фигура речи. Воспринимая ее буквально, мы заблуждаемся – в пределах собственной картины мира. В ней существует только причинная связь.

Наибольшую боль причиняет полный провал наших научных исследований вопросов, касающихся значения и масштабов всего представления. Чем внимательнее мы к нему присматриваемся, тем бессмысленнее и глупее оно выглядит. Очевидно, идущее представление обретает смысл в сознании зрителя. Но то, что говорит по этому поводу наука, абсурдно: сознание будто бы создается тем самым представлением, которое смотрит, и исчезнет вместе с ним, когда солнце наконец остынет и земля превратится в ледяную пустыню.

Позвольте упомянуть о печально известном научном атеизме, который, разумеется, попадает в ту же рубрику. Науку упрекают в нем снова и снова – и незаслуженно. Ни один личный бог не является частью мировой модели, она возможна лишь при условии удаления из нее всего личностного. Мы знаем, что божественное переживание столь же реально, как непосредственное чувственное ощущение или собственная личность. Подобно им, богу нет места в пространственно-временной картине мира. Я не нахожу бога в пространстве и времени – вот что скажет вам честный натуралист. И за это его порицает тот, чей катехизис гласит: господь есть дух.

Глава 5

Наука и религия

Может ли наука пролить свет на религиозные вопросы? Могут ли результаты научного исследования внести вклад в развитие разумной и удовлетворительной позиции по отношению к насущным вопросам, что порой мучают каждого из нас? Многим, особенно здоровым и счастливым молодым людям, удается надолго отстраниться от этих вопросов; другие, люди преклонного возраста, смирились с тем, что ответа нет и искать его не следует, в то время как третьи всю жизнь страдают от этой несообразности нашего интеллекта и мучаются страхами, созданными старинным суеверием. Я имею в виду вопросы, касающиеся «того света», «жизни после смерти» и тому подобному. Прошу обратить внимание, что я вовсе не пытаюсь ответить на эти вопросы, а лишь хочу пролить свет на скромный вопрос: может ли наука дать какую-либо информацию по данному поводу или помочь в наших размышлениях – для многих неизбежных – на сей счет.

Начнем с того, что примитивным образом наука определенно может нам поспособствовать – и делает это без особого шума. Я помню старинные рисунки, географические карты мира, которые, если не ошибаюсь, включали ад, чистилище и рай, причем первый располагался глубоко под землей, а последний – высоко в небесах. Подобные представления не были простой аллегорией (каковой они могли стать в более поздние периоды, например на знаменитой картине Дюрера «Поклонение Святой Троице»); они подтверждают примитивное верование, весьма распространенное в те времена. Сегодня церковь не только не потребовала бы от паствы столь материалистичной интерпретации своих догм, но и сочла бы ее достойной порицания. Данный прогресс безусловно связан с знанием об устройстве нашей планеты (пусть и скудном), о природе вулканов, о составе атмосферы, о вероятной истории Солнечной системы и о структуре Галактики и вселенной. Ни один образованный человек не ожидает обнаружить догматические фантазии в какой-либо области пространства, доступного нашим исследованиям, да и, позволю себе предположить, в тех областях, что лежат за пределами этого пространства и недоступны нам. Нет, даже будучи верующим, он воспринимает их как нечто духовное. Не стану утверждать, будто в случае глубоко религиозных личностей подобное откровение случилось благодаря вышеупомянутым научным открытиям, однако они определенно поспособствовали устранению материалистических предрассудков в данной сфере.

Но это относится к примитивному сознанию. Есть интересные моменты. Наиболее значимый вклад науки, призванный отыскать ответы на эти трудные вопросы – «Кто мы на самом деле? Откуда я появился и куда направляюсь?» – или, по крайней мере, успокоить наш разум, – так вот, на мой взгляд, самое лучшее, что сделала наука, – это подарила нам последовательную идеализацию времени. В связи с этим нельзя не вспомнить троих мужчин, хотя многие другие, в том числе не ученые мужи, набрели на эту жилу (например, Аврелий Августин[78] и Боэций[79]); я же имею в виду Платона, Канта и Эйнштейна.

Первые двое не были учеными, но их преданность философским вопросам и всепоглощающий интерес к миру черпали свою силу в науке. В случае Платона такой наукой являлась математика и геометрия (сегодня «и» кажется лишним, но, полагаю, в те времена оно было бы уместным). Что сделало труд всей жизни Платона столь выдающимся, что его сияние не померкло до сих пор, хотя прошло более двух тысяч лет? Насколько мы знаем, он не совершил значимых открытий касательно чисел или геометрических фигур. Его понимание материального мира физики и жизни местами кажется фантастическим, но все же не столь впечатляющим в сравнении с другими учеными мужами (например, Фалесом или Демокритом), жившими на сто лет раньше него. В знании природы он заметно уступал своему ученику Аристотелю и Теофрасту. У всех, кроме самых преданных последователей, длинные пассажи его диалогов создают впечатление неуместной игры слов, основанной не на желании придать слову значение, а на уверенности в том, что оно само раскроет свою суть, если долго «вертеть» его туда-сюда. Социальная и политическая утопия Платона, которая провалилась и подвергла его смертельной опасности, когда он попытался применить ее на практике, находит мало поклонников среди наших современников, не понаслышке знакомых с последствиями подобных учений. Так чем же он славен?

На мой взгляд, тем, что первым задумался об идее существования вне времени и представил его – вопреки здравому смыслу – реальностью более реальной, чем наше существование; последнее Платон назвал лишь тенью первой, из которой позаимствованы все переживаемые нами реальности. Я говорю о теории форм (или идей). Как она возникла? Вне всяких сомнений, она появилась благодаря его знакомству с учением Парменида и элейцев[80]. Очевидно, в случае Платона это учение встретило родственную душу; оно превосходно согласовывалось с его собственным прекрасным сравнением, согласно которому, учась, мы, по сути, запоминаем знание уже доступное, но в то же время скрытое, а не постигаем неведомые истины. Однако вечное, вездесущее и неизменное единое Парменида в сознании Платона превратилось в намного более могущественную мысль, Царство идей, которое взывает к воображению, но по необходимости остается загадкой. Полагаю, эта мысль возникла на основании реального опыта, а именно того факта, что Платон восхищался и благоговел перед откровениями царства чисел и геометрических фигур, – как и многие другие после него, а прежде него – пифагорейцы. Он распознал и впитал своим разумом природу этих откровений, они раскрывались благодаря исключительно логическим умозаключениям, знакомя нас с подлинными зависимостями, истинность которых не только неоспорима, но и незыблема. Эти зависимости существуют и будут существовать, как бы мы их ни изучали. Математическая истина вечна, она не возникает из-за того, что мы ее открыли. Однако ее открытие – реальное событие и может вызывать сильные эмоции, словно дар фей.

Рис. 1

Рис. 2

Три высоты треугольника (ABC) пересекаются в одной точке (O).

(Высота – это перпендикуляр, опущенный из вершины треугольника на противоположную ей сторону или ее продолжение.) На первый взгляд неясно, почему так должно быть; три произвольные прямые не пересекаются в одной точке, а образуют треугольник. Теперь проведем через каждую вершину параллель к противоположной стороне, чтобы получить больший треугольник A′B′C′. Он состоит из четырех равных треугольников. Три высоты треугольника ABC в большем треугольнике представляют собой перпендикуляры, проведенные к серединам его сторон, или их «линии симметрии». Линия симметрии, проведенная к C, должна проходить через все точки, равноудаленные от A′ и B′; линия симметрии, проведенная к B, проходит через все точки, равноудаленные от A′ и C′. Таким образом, точка, в которой эти перпендикуляры пересекаются, равноудалена от всех трех вершин A′, B′ и C′ и должна также лежать на перпендикуляре, проведенном к A, поскольку он содержит все точки, равноудаленные от B′ и C′. Что и требовалось доказать.

Каждое число, за исключением 1 и 2, лежит «посередине» между двумя простыми числами либо является их арифметическим средним. Например:

8 = ½ (5 + 11) = ½ (3 + 13)

17 = ½ (3 + 31) = ½ (29 + 5) = ½ (23 + 11)

20 = ½ (11 + 29) = ½ (3 + 37).

Как видите, обычно существует более одного решения. Это теорема Гольдбаха, и она считается верной, хотя никто ее не доказал.

Сложив следующие друг за другом нечетные числа – сначала взяв 1, затем 1 + 3 = 4, затем 1 + 3 + 5 = 9, затем 1 + 3 + 5 + 7 = 16, – вы всегда получите квадрат целого числа. Таким образом можно получить все квадраты целых чисел, и это будет квадрат того количества нечетных чисел, которое вы сложили. Чтобы осознать универсальность данной зависимости, можно заменить в сумме каждую пару слагаемых, равноудаленных от середины (то есть первое и последнее, затем второе и предпоследнее и т. п.), их арифметическим средним, которое, очевидно, равняется числу слагаемых. Так, в последнем из вышеприведенных примеров:

4 + 4 + 4 + 4 = 4 (х) 4.

Теперь обратимся к Канту. Общеизвестно, что он говорил об идеальности пространства и времени и что эта идеальность являлась основной, если не основополагающей частью его учения. Как и в большинстве случаев, ее нельзя ни доказать, ни опровергнуть, однако это не снижает интереса к ней, а скорее подстегивает его. В противном случае она была бы тривиальной. Суть такова: распространение в пространстве и происхождение в определенном временном порядке «до и после» не относятся к миру, какой мы воспринимаем, а принадлежат воспринимающему сознанию, которое в сложившейся ситуации регистрирует все, что поступает в него, согласно двум этим индикаторам, пространству и времени. Это не означает, что сознание воспринимает такие упорядоченные схемы вне зависимости от (и прежде) каких-либо переживаний, но оно обязательно разрабатывает их и применяет к соответствующему переживанию. Данный факт не доказывает и не предполагает, что пространство и время представляют собой упорядоченную схему, присущую той «вещи в себе», которая, как многие думают, вызывает наши переживания.

Несложно подтвердить, что это обман. Ни один человек не в состоянии провести границу между областью своего восприятия и областью вещей, которые его вызывают, поскольку каким бы детальным ни было его знание обо всей истории в целом, она происходит лишь однажды и не повторяется. Повторение есть аллегория, предложенная в основном для общения с другими людьми и даже с животными; она показывает, что их ощущения в данной ситуации кажутся схожими с ощущениями этого человека, если оставить в стороне незначительные различия в точках зрения – а буквально в «точках проецирования». Но даже предположив, что это заставляет нас считать объективно существующий мир причиной нашего восприятия – как делают многие люди, – каким образом мы должны прийти к выводу, будто причина общих особенностей наших переживаний заключается в строении нашего сознания, а не качестве, которым обладают объективно существующие вещи? Наше чувственное восприятие есть единственный источник знания о вещах. Объективный мир остается гипотезой, пусть и естественной. Если мы ее принимаем, разве не логично приписать тому внешнему миру – а не нам самим – все те характеристики, которые обнаруживает в нем наше чувственное восприятие?

Однако высший смысл утверждений Канта заключается не в справедливом распределении ролей сознанию и его предмету – миру – в процессе «формирования сознанием представления о мире», поскольку, как я только что отметил, их трудно отличить друг от друга. Самым важным стала идея, что эта одна вещь – сознание или мир – может проявляться иными способами, которых мы не в состоянии постичь и которые не связаны с пространством и временем. Это позволяет освободиться от нашего застарелого предрассудка. Вероятно, существуют другие порядки проявлений, помимо пространственно-временных. Думаю, первым на это в учении Канта обратил внимание Шопенгауэр. Такое освобождение открывает дорогу вере – в религиозном смысле – и позволяет избежать постоянных столкновений с очевидными выводами, которые безошибочно дают нам наблюдение за привычным миром и простая мысль. Возьмем самый значимый пример: наш опыт недвусмысленно свидетельствует о том, что не может пережить разрушения тела, с жизнью – в нашем понимании – которого он неразрывно связан. Означает ли это, что после этой жизни ничего не будет? Вовсе нет. Да, опыт может иметь место только при наличии пространства и времени. Однако в проявлении, не связанном со временем, обозначение «после» бессмысленно. Разумеется, рассуждение само по себе не может гарантировать существования подобных вещей, но избавит нас от препятствий на пути к постижению такой возможности. Вот чего добился своим анализом Кант – и это, на мой взгляд, есть его важнейшее философское достижение.

Теперь, в том же контексте, поговорим об Эйнштейне. Представления Канта о науке были невероятно наивными, с чем вы согласитесь, если пролистаете его «Метафизические начала естествознания» (Metaphysische Anfangsgründe der Naturwissenschaft). Кант воспринимал физическую науку в той форме, какой она достигла при его жизни (1724–1804), как нечто более-менее окончательное, и потому занялся философским обоснованием ее утверждений. Этот поступок величайшего гения должен послужить предупреждением будущим философам. Кант желал недвусмысленно продемонстрировать обязательную бесконечность пространства и твердо верил, что человеческий разум по своей природе должен наделять его геометрическими свойствами, сформулированными Евклидом. В этом евклидовом пространстве ползал моллюск материи – то есть менял свою конфигурацию с течением времени. Для Канта, как и для любого физика того периода, пространство и время были совершенно различными концепциями, и он без колебаний называл пространство формой нашей внешней интуиции, а время – формой внутренней интуиции (Anschauung). Понимание того, что бесконечное евклидово пространство не является единственным возможным взглядом на мир нашего опыта и пространство и время лучше воспринимать как единый четырехмерный континуум, на первый взгляд подорвало основы рассуждений Канта, однако в действительности не причинило вреда более ценной части его философии.

Это понимание пришло к Эйнштейну (и другим, в их числе – Х. А. Лоренц[81], Пуанкаре[82] и Минковский[83]). Мощное влияние их открытий на философов, простых обывателей и утонченных дам объясняется тем, что они выставили его на всеобщее обозрение: даже в царстве нашего опыта пространственно-временные отношения оказались намного сложнее, чем предполагал Кант, подобно прежним физикам, обывателям и утонченным дамам.

Новая точка зрения сильнее всего отразилась на прежнем суждении о времени. Время есть представление о «до и после». Новый взгляд базируется на следующих двух основаниях:

(i) Представление о «до и после» основывается на «причинно-следственном» отношении. Мы знаем – либо полагаем, – что событие А может вызвать или видоизменить событие B, а значит, если не произошло события А, то и B тоже не произойдет, по крайней мере в измененном виде. Например, снаряд, взорвавшись, убивает сидящего на нем человека; более того, взрыв слышен в разных местах. Убийство может произойти одновременно со взрывом, а звук взрыва услышат позднее, но ни одно из этих следствий не может иметь место прежде взрыва. Такова основная догма, согласно которой в повседневной жизни мы определяем, какое из событий произошло позднее или хотя бы не раньше другого. Это упорядочивание полностью основывается на идее, что следствие не может предшествовать причине. Если мы полагаем, что B вызвано А, или по крайней мере проявляет следы влияния А, или (по косвенным признакам) в нем можно заподозрить следы влияния А, значит, B определенно не могло произойти раньше А.

(ii) Запомните это. Вторым основанием является экспериментальное и подтвержденное наблюдениями свидетельство того, что следствия не распространяются с произвольно большой скоростью. Существует верхний предел – и это скорость света в вакууме. По человеческим меркам скорость очень велика, она позволяет за одну секунду семь раз облететь Землю вокруг экватора. Очень велика – но не бесконечна; назовем ее с.

Рис. 3

Примем это как фундаментальный закон природы. Из него следует, что вышеупомянутое различие между «до и после» или «раньше и позднее» (основанное на причинно-следственной связи) не является общеприменимым, а в некоторых случаях нарушается. Это сложно объяснить нематематическим языком. Правда, математическая схема весьма проста. Однако повседневный язык предвзят: он настолько пропитан представлением о времени, что невозможно использовать глагол (verbum, Zeitwort) без указания грамматического времени.

Простейшее, хотя, как мы увидим, не полностью приемлемое рассуждение можно изложить так. Возьмем событие А. Рассмотрим событие B, произошедшее в более позднее время за пределами сферы радиусом ct вокруг А. Тогда B не может являться «следом» А и, разумеется, А не может являться «следом» B. Таким образом, наш критерий рушится. Конечно, по вине языка мы обрекли B быть более поздним. Однако правильно ли мы поступили, раз критерий рушится в любом случае?

Представим событие B′, которое происходит раньше (на t), за пределами той же сферы. В данной ситуации, как и прежде, следы B′ не могут достичь А (и следы А не могут повлиять на B′).

Итак, в обоих случаях мы имеем одинаковые отношения взаимного невмешательства. Нет существенной разницы между классами B и B′ в смысле их причинно-следственной связи с А. Соответственно, если мы хотим выразить это отношение, а не лингвистический предрассудок, основу «до и после», B и B′ формируют единый класс событий, имеющих место не раньше и не позднее А. Пространственно-временную область, занимаемую этим классом, называют областью «потенциальной одновременности» (относительно события А). Это выражение используется, поскольку пространственно-временные рамки всегда можно подогнать таким образом, что А произойдет одновременно с определенным B или определенным B′. Таково открытие Эйнштейна (которое называют специальной теорией относительности, 1905).

Теперь эти вещи стали незыблемой реальностью для нас, физиков, мы пользуемся ими в повседневной работе, как таблицей умножения или теоремой Пифагора о прямоугольных треугольниках. Иногда я размышляю о том, почему они наделали столько шума среди обычной публики и философов. Думаю, они ознаменовали свержение времени как жестокого тирана, навязанного нам извне, освобождение от нерушимого закона «до и после». Ведь время действительно является самым суровым нашим хозяином, который, как сказано в Пятикнижии, ограничивает существование каждого из нас коротким промежутком в семьдесят-восемьдесят лет. Казавшаяся прежде немыслимой возможность вмешиваться – пусть совсем немного – в дела этого хозяина приносит большое облегчение, внушает надежду, что «расписание» вовсе не столь сурово, как выглядит на первый взгляд. И эта мысль есть мысль религиозная.

Эйнштейн вовсе не опроверг, как иногда утверждают, глубинные размышления Канта об идеализации пространства и времени; напротив, он сделал серьезный шаг к ее воплощению.

Я обсудил влияние Платона, Канта и Эйнштейна на философские и религиозные взгляды. Между Кантом и Эйнштейном, на поколение раньше последнего, физическая наука пережила величайшее событие, которое словно было рассчитано на то, чтобы всколыхнуть мысли философов, обывателей и утонченных дам не слабее, а может, и сильнее, чем теория относительности. Полагаю, этого не произошло по той причине, что понять данный поворот мыслей еще сложнее, а следовательно, лишь немногие из трех вышеперечисленных категорий людей – в лучшем случае пара философов – уловили его суть. Это событие связано с именами американца Уилларда Гиббса и австрийца Людвига Больцмана. Сейчас я немного расскажу о нем.

За редкими исключениями ход событий в природе необратим. Если мы попытаемся представить временну́ю последовательность феноменов, противоположную действительно наблюдаемой, – как в фильме, прокрученном в обратную сторону, – такая инвертированная последовательность (пусть ее и нетрудно вообразить) почти всегда будет противоречить известным законам физической науки.

Общая «направленность» всех событий объясняется механической или статистической теорией теплоты, и это справедливо считается одним из ее величайших достижений. У меня нет возможности вдаваться в детали физической теории, да это и не нужно. Было бы скверно, если бы необратимость оказалась фундаментальным свойством микроскопического механизма атомов и молекул. Это было бы ничуть не лучше средневекового объяснения на словах, например, такого: огонь горячий в силу своего пламенного качества. Нет. Согласно Больцману, мы имеем дело с естественным стремлением любого упорядоченного состояния переходить в менее упорядоченное – но не наоборот. Возьмем, к примеру, колоду игральных карт, сложенных по порядку: сначала семерка, восьмерка, девятка, десятка, валет, дама, король, туз червей, потом бубен и так далее. Если эту упорядоченную колоду перетасовать один, два или три раза, постепенно карты расположатся произвольным образом. Однако это не внутреннее свойство процесса перетасовки. С учетом получившейся разупорядоченной колоды можно представить процесс, который сведет на нет результат первой перетасовки и восстановит исходный порядок. Но все ожидают первого исхода и никто не верит во второй – вероятно, придется ждать очень долго, чтобы случайно достичь его.

Вот в чем суть объяснения, которое Больцман дал однонаправленности всех процессов, протекающих в природе, включая, разумеется, жизненный цикл организма от рождения до смерти. Его достоинство в том, что «стрела времени», как назвал ее Эддингтон, не является частью механизмов взаимодействия, в нашем случае представленных механическим актом перетасовки. Этот акт, этот механизм еще свободен от каких-либо следов прошлого и будущего, он сам по себе полностью обратим, а стрела – обозначение прошлого и будущего – появляется благодаря статистическим соображениям. Смысл нашего примера с картами в том, что существует лишь одно или мало упорядоченных состояний – но миллиарды миллиардов неупорядоченных.

Тем не менее с этой теорией боролись, снова и снова, причем иногда – очень умные люди. Суть их возражений сводится к следующему: теории недостает логического обоснования. Если основные механизмы не различают два направления времени и абсолютно симметричны относительно них, каким образом их взаимодействие может сложиться в поведение в целом – единое однонаправленное поведение? Ведь все, что справедливо для одного направления, должно быть справедливо и для другого.

Будь это возражение правомерным, оно показалось бы фатальным. Возражение нацелено на ту самую особенность, которая считается основным достоинством данной теории: на выведение необратимых событий из основных обратимых механизмов.

Возражение правомерно – но не фатально. Его правомерность заключается в следующем: то, что справедливо для одного направления времени, справедливо и для другого, поскольку время изначально считается полностью симметричной переменной. Однако не следует делать вывод, что это соблюдается для обоих направлений в общем. Осторожно подбирая слова, следует выразиться так: в каждом конкретном случае это справедливо для одного или другого направления. Нужно добавить, что в конкретном случае известного нам мира «замедление» (как иногда выражаются) происходит в одном направлении, и его мы называем направлением от прошлого к будущему. В других мирах статистическая теория теплоты по определению должна сама решать, в каком направлении идет время. Из этого вытекает важнейшее следствие для методологии ученого-физика: он не может привнести ничего, что независимо определяет стрелу времени, иначе изящная конструкция Больцмана рухнет.

Можно испытывать опасения, что в других физических системах статистическое определение времени не всегда приводит к такому же временному направлению. Больцман смело рассматривал эту вероятность. Он утверждал, что если Вселенная достаточно обширна и/или существует достаточно долго, в отдаленных ее областях время действительно может идти в обратном направлении. С этим утверждением спорили, однако теперь споры можно прекратить. Больцман не знал того, что нам кажется вероятным: известная нам Вселенная недостаточно велика и стара, чтобы дать возможность подобным реверсиям реализоваться в крупных масштабах. Я бы хотел добавить, не вдаваясь в подробные объяснения, что в очень мелких масштабах такие реверсии наблюдались (броуновское движение, Смолуховский[84]).

На мой взгляд, «статистическая теория времени» оказала на философию времени еще более сильное влияние, чем теория относительности. Последняя, несмотря на свою революционность, не затрагивает, а лишь предполагает однонаправленный ход времени, в то время как статистическая теория выводит его из последовательности событий. Это означает освобождение от тирании старика Хроноса. То, что мы выстраиваем в собственном сознании, не может, по моим представлениям, управлять этим самым сознанием, равно как не может выдвигать его на передний план или уничтожать. Но некоторые из вас, уверен, назовут это мистицизмом. И потому, полностью признавая факт, что физическая теория всегда относительна и зависит от определенных исходных предположений, мы можем утверждать, что в нынешнем своем состоянии она свидетельствует о неразрушимости сознания временем.

Глава 6

Тайна чувственных качеств

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[85], 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[86]: 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[87] и Штарка[88], 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[89]), 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.

Автобиографические заметки

Бо́льшую часть жизни я прожил вдали от своего лучшего, точнее, единственного близкого друга. Может, по этой причине меня часто обвиняют в ветрености и неспособности к настоящей дружбе. Он изучал биологию, а именно ботанику; я – физику. Много вечеров мы провели, прогуливаясь между Глюкгассе и Шлюссельгассе, погруженные в философскую беседу. Тогда мы не догадывались, что вещи, казавшиеся нам оригинальными, занимали великие умы на протяжении веков. Разве не из опасения вступить в конфликт с религиозными доктринами и вызвать неудобные вопросы преподаватели всегда стараются избегать подобных тем? Это основная причина, по которой я отвернулся от религии, хотя она не причинила мне ни малейшего вреда.

Не уверен, случилось ли это сразу после Первой мировой войны или в тот период, когда я жил в Цюрихе (1921–1927) либо позднее в Берлине (1927–1933), но мы с Френцелем вновь провели долгий вечер вдвоем. Предрассветные часы застали нас в кафе в пригороде Вены. С годами мой друг сильно изменился. В конце концов, мы редко переписывались, особенно на серьезные темы.

Возможно, я уже говорил, что мы вместе читали Рихарда Земона. Ни до, ни после я никогда не читал серьезную книгу вместе с кем-то. Биологи вскоре подвергли Рихарда Земона анафеме, поскольку его взгляды, по их мнению, основывались на наследовании приобретенных признаков. Его имя забыли. Много лет спустя я встретил упоминание о нем в книге Бертрана Рассела «Человеческое познание», который посвятил серьезное исследование этому выдающемуся биологу, подчеркнув значение его теории мнем.

В следующий раз мы с Френцелем увиделись в 1956 году. Это была короткая встреча в нашей квартире на Пастергассе, 4, Вена, где также присутствовали другие люди, так что эти пятнадцать минут едва ли достойны упоминания. Френцель и его жена жили за границей, северной, и, судя по всему, не испытывали трудностей с властями, однако выезжать из страны стало непросто. Эта встреча оказалась последней: два года спустя он внезапно умер.

Сейчас я по-прежнему поддерживаю дружеские отношения с очаровательными племянником и племянницей Френцеля, детьми его любимого брата Сильвио. Сильвио, самый младший ребенок в семье, служил врачом в Кремсе, где я навестил его, вернувшись в Австрию в 1956 году. Очевидно, он был серьезно болен, потому что вскоре скончался. Один из братьев Френцеля, Э., до сих пор жив. Он уважаемый хирург в Клагенфурте. Однажды Э. взял меня с собой на пик Чима Уна (Доломитовые Альпы) – и более того, проследил, чтобы я благополучно спустился вниз. Боюсь, мы перестали общаться из-за различных мировоззрений.

Вскоре после того, как в 1906 году я поступил в Венский университет – единственный университет, в котором я когда-либо учился, – великий Людвиг Больцман встретил свой печальный конец в Дуино. По сей день я помню четкие, точные и все же страстные слова, которыми Фриц Хазенёрль описывал нам работы Больцмана. Ученик и последователь Больцмана, он произнес инаугурационную речь осенью 1907 года в скромном лекционном зале в старом здании на Тюркенштрассе без всякой помпезности и церемонности. На меня его речь произвела большое впечатление, и открытия Больцмана всегда казались мне важнейшими в физике – несмотря на Планка и Эйнштейна. Кстати, ранние работы Эйнштейна (до 1905 года) свидетельствуют о том, что его тоже завораживали труды Больцмана. Именно Эйнштейн сделал серьезный шаг вперед, инвертировав уравнение Больцмана S = k lg W. Ни один человек не оказал на меня такого влияния, как Фриц Хазенёрль, – за исключением моего отца Рудольфа, который на протяжении многих лет, что мы прожили вместе, беседовал со мной на всевозможные темы, касавшиеся его многочисленных интересов. Но об этом позднее.

Будучи студентом, я подружился с Гансом Тиррингом. Дружба оказалась крепкой. Когда в 1916 году Хазенёрль погиб в бою, Ганс Тирринг стал его преемником. В семьдесят лет он покинул пост, отказавшись от почетной привилегии остаться еще на один год, и уступил кресло Больцмана своему сыну Вальтеру.

После 1911 года, работая ассистентом Экснера, я познакомился с К. В. Ф. Кольраушем, что послужило началом еще одной прочной дружбы. Кольрауш прославился, экспериментально доказав существование так называемых флуктуаций Швейдлера. В год перед началом войны мы вместе исследовали «вторичное излучение», которое давало – под малейшим возможным углом на небольших пластинках из различного материала – (смешанный) пучок гамма-лучей. В это время я узнал две вещи: я не гожусь для экспериментальной работы, и мое окружение и входящие в него люди не в состоянии достичь серьезного экспериментального прогресса. Тому было множество причин, одна из которых заключалась в том, что в прелестной старой Вене ключевые посты доставались доброжелательным растяпам, часто по старшинству, и это тормозило любое продвижение вперед. Если бы только они понимали, что требуются личности неординарного склада ума, пусть их и придется приглашать издалека! Теории атмосферного электричества и радиоактивности изначально были сформулированы в Вене, но людям, целиком посвятившим себя работе, пришлось последовать за этими теориями туда, куда они переместились. Лиза Майтнер, например, уехала из Вены в Берлин.

Однако вернемся ко мне: в ретроспективе я очень рад тому, что, поскольку в 1910–1911 годах обучался на офицера запаса, в итоге меня назначили ассистентом Фрица Экснера, а не Хазенёрля. Я смог проводить эксперименты с К. В. Ф. Кольраушем и пользоваться набором великолепных инструментов, в первую очередь оптических, забирать их в свою комнату и возиться с ними сколько душе угодно. Я мог настраивать интерферометр, восхищаться спектрами, смешивать цвета и т. п. Именно таким образом я обнаружил – при помощи уравнения Рэлея – дейтераномалию своего зрения. Более того, я занимался длительным практическим проектом и начал ценить значимость измерений. Хотел бы я, чтобы этому научилось как можно больше физиков-теоретиков.

В 1918 году у нас произошло нечто вроде революции. Император Карл отрекся от престола, и Австрия стала республикой. Повседневная жизнь почти не изменилась, однако я ощутил на себе последствия распада империи. Я недавно принял пост лектора теоретической физики в Черновцах и уже предвкушал, как свободное время посвящу философии, поскольку только что открыл для себя Шопенгауэра, который познакомил меня с «единой теорией» Упанишад. Увы, ничего не получилось.

Для нас, венцев, война и ее последствия означали, что мы больше не сможем удовлетворять свои основные потребности. Победоносная Антанта выбрала голод в качестве наказания за масштабную подводную войну – войну столь жестокую, что наследник князя Бисмарка и его последователи смогли во время Второй мировой войны превзойти ее количеством, но не качеством. Голод охватил страну, еда была лишь на фермах, куда наши несчастные женщины отправлялись добывать яйца, масло и молоко. Хотя взамен они отдавали вещи – вязаную одежду, красивое дамское белье и тому подобное, – с ними обращались презрительно, как с попрошайками.

В Вене стало практически невозможно выходить в свет и приглашать к себе друзей. На стол было нечего подать, и даже простейшие блюда приберегались для воскресных обедов. В определенном смысле нехватку социальной активности компенсировали ежедневные походы в общественные кухни. Gemeinschaftsküchen часто называли Gemeinheitsküchen (Gemeinschaft – общество, Gemeinheit – подлость). Там мы встречались за обедом. Спасибо женщинам, считавшим своим долгом готовить еду «из ничего». Без сомнения, это проще делать для 30 или 50 человек, чем для трех. Кроме того, избавление других от этой заботы должно приносить удовлетворение.

Там мы с родителями познакомились с людьми, разделявшими наши интересы, и кое-кто из них, например, Радоны, оба математики, стали нашими близкими друзьями.

Думаю, в одном мы с родителями пострадали особенно. Тогда мы жили в большой квартире, точнее, двух квартирах, объединенных в одну, на пятом этаже весьма ценного городского здания, принадлежавшего отцу моей матери. Там не было электрического освещения, отчасти потому, что дед не желал платить за его установку, отчасти из-за моего отца, который привык к великолепному газовому освещению. В те времена электрические лампочки были неэффективными и стоили очень дорого, а потому мы не видели в них смысла. Кроме того, мы поменяли старые кафельные печи на новые газовые с медными отражателями – слуги в те дни были редкостью, и мы надеялись облегчить себе жизнь. Газ также использовался для готовки, хотя мы сохранили в кухне огромную старую дровяную печь. Все шло хорошо, пока однажды какой-то из высших бюрократических органов, возможно, городской совет, не решил нормировать газ. Теперь каждому домохозяйству выделялся один кубометр газа в сутки, вне зависимости от того, зачем требовалось топливо. Если кто-то потреблял больше, его просто отключали.

Летом 1919 года мы отправились в Милльштатт, Каринтия. Там мой шестидесятидвухлетний отец начал проявлять первые признаки дряхления и болезни, которой суждено было стать для него смертельной, хотя тогда мы об этом не догадывались. Когда мы шли на прогулку, он отставал, особенно на крутых тропах, и, чтобы скрыть усталость, делал вид, будто им движет ботанический интерес. Примерно с 1902 года ботаника была основным увлечением отца. В летние месяцы он собирал материал для своих исследований – не для того, чтобы составлять гербарий, а для экспериментов с микроскопом и микротомом. Отец превратился в морфогенетика и филогенетика и забыл о своем увлечении великими итальянскими художниками, а также о собственном интересе к рисованию, который выражался в многочисленных пейзажных набросках. Утомленная реакция отца на наши призывы – «Ну идем же, Рудольф» и «Становится поздно, мистер Шредингер» – нас также не встревожила. Мы привыкли к подобному, а потому решили, что всему виной его увлеченность.

По возвращении в Вену симптомы стали заметнее, но мы по-прежнему не воспринимали их всерьез: частые сильные кровотечения из носа и кровоизлияния в сетчатку, а впоследствии – слабость в ногах. Думаю, отец намного раньше нас понял, что конец близок. К несчастью, именно тогда разразилась газовая катастрофа, какую я описал выше. Мы купили угольные лампы, и отец настоял на том, чтобы за ними приглядывать. Ужасная вонь распространялась из его великолепной библиотеки, которую он превратил в карбидную лабораторию. За двадцать лет до этого, научившись у Шмутцера гравировать, отец использовал библиотеку, чтобы вымачивать медные и цинковые пластинки в кислотах и хлорированной воде. Тогда я еще учился в школе и проявлял большой интерес к его занятиям. Но сейчас я оставил отца возиться в одиночестве. Отслужив в армии почти четыре года, я с удовольствием вернулся в свой любимый физический институт. Кроме того, осенью 1919 года я обручился с девушкой, которая вот уже сорок лет является моей женой. Неизвестно, получал ли отец адекватную медицинскую помощь, но точно знаю, что мне следовало лучше за ним присматривать. Следовало попросить Рихарда фон Веттштейна, который был его близким другом, обратиться за помощью на медицинский факультет. Замедлил бы лучший уход развитие артериосклероза? И если да, принесло бы это облегчение больному человеку? Только отец полностью осознавал отчаянность нашего финансового положения после того, как в 1917 году нам пришлось закрыть магазин клеенки и линолеума на Штефанплац из-за отсутствия товара.

Он мирно скончался в канун Рождества 1919 года, в своем старом кресле.

На следующий год свирепствовала инфляция, что привело к обесцениванию скудного отцовского банковского счета, который в любом случае ничем не помог бы моим родителям. Деньги, вырученные за проданные отцом (с моего разрешения!) персидские ковры, испарились; навсегда исчезли микроскопы, микротом и значительная часть отцовской библиотеки, которую я отдал за бесценок после его смерти. Самой большой тревогой отца в последние месяцы жизни было то, что я, взрослый тридцатидвухлетний мужчина, почти ничего не зарабатываю – 1000 австрийских крон (до вычета налогов, поскольку не сомневаюсь, что он вносил эти деньги в свою налоговую декларацию, за исключением того периода, когда я служил офицером в армии). Единственным достижением сына, до которого дожил мой отец, являлось то, что я получил и принял лучше оплачиваемый пост приват-доцента и ассистента Макса Вина в Йене.

Мы с супругой переехали в Йену в апреле 1920 года, оставив мою мать самостоятельно заботиться о себе, – за что я совершенно не испытываю гордости. Ей пришлось одной упаковывать вещи и разбирать квартиру. Как же мы были слепы! Ее отец, владевший домом, после смерти моего отца переживал, кто же будет платить ренту. Мы этого делать не могли, и мать была вынуждена освободить место для более обеспеченного жильца. Мой будущий тесть любезно подыскал такого человека, еврейского предпринимателя, работавшего на процветающую страховую компанию «Феникс». Поэтому матери пришлось уехать, куда – не знаю. Не будь мы столь слепы, сумели бы догадаться – и тысячи сходных случаев подтвердили бы нашу правоту, – каким отличным источником дохода могла бы стать большая, хорошо меблированная квартира для моей матери, проживи она дольше. Она скончалась осенью 1921 года от рака позвоночника, после успешно, как мы думали, прооперированного в 1917 году рака груди.

Я редко запоминаю сны – и мне нечасто снятся кошмары, если не считать раннего детства. Однако долгое время после смерти отца я видел один и тот же кошмар: мой отец жив, а я избавился от всех его чудесных инструментов и ботанических книг. Что он теперь будет делать, ведь я опрометчиво и непоправимо уничтожил основу его интеллектуальной жизни? Уверен, причиной сна были муки совести, ведь я плохо заботился о родителях в 1919–1921 годах. Это единственное возможное объяснение, поскольку обычно меня не тревожат кошмары или нечистая совесть.

Мои детство и юность прошли под влиянием отца, не в привычном образовательном, а в более обычном смысле. Он проводил дома намного больше времени, чем большинство мужчин, зарабатывающих себе на жизнь. В раннем детстве мне давал уроки частный учитель, приходивший дважды в неделю, а в средней школе у нас еще сохранялась благословенная традиция учиться двадцать пять часов в неделю, только по утрам. Лишь две вторые половины дня были отведены под протестантизм.

Это многому меня научило, хотя плоды учебы не всегда носили религиозный характер. Временные ограничения школьных занятий – великое благо. При желании ученик может предаваться размышлениям, а также брать частные уроки по предметам, которых нет в школьной программе. Остается лишь вознести хвалу моей старой школе, Академической гимназии: там я редко испытывал скуку, а когда это все же случалось (подготовительный курс философии был совсем скверным), занимался другими вещами, например переводами с французского.

Здесь я бы хотел добавить замечание более общего толка. Открытие хромосом как определяющих факторов наследственности словно дало обществу право игнорировать другие, более известные, но не менее важные факторы, такие как общение, образование и традиции. Предполагается, что они не столь значимы, поскольку с точки зрения генетики недостаточно стабильны. С этим не поспоришь. Однако не стоит забывать случай Каспара Хаузера или небольшой группы тасманских «первобытных» ребятишек, которых привезли в Англию и обеспечили первоклассным английским воспитанием, в результате чего они достигли уровня англичан высших слоев общества. Разве это не доказывает, что для создания людей нашего толка нужны не только хромосомы, но и цивилизованное человеческое окружение? Иными словами, интеллектуальный уровень каждого индивидуума складывается из «природы» и «воспитания». Соответственно, школы – в противоположность мнению императрицы Марии Терезы – неоценимы для наставления человека и менее ценны для политики. Здоровая семейная атмосфера также очень важна для подготовки почвы, в которую школы сажают семя. К сожалению, этот факт игнорируют те, кто утверждает, будто лишь дети из менее образованной среды должны посещать школы (интересно, их детей тоже следует исключать по тому же принципу?), а также британский высший свет, где считается признаком благородства заменять жизнь в семье на пансионы и признаком аристократичности – рано покидать дом. Даже действующей королеве пришлось расстаться со своим первенцем и отправить его в подобное заведение. Строго говоря, меня это не касается. Я лишь вспомнил об этом, когда вновь осознал, как много мне дало время, проведенное с отцом в детстве, и как мало пользы принесла бы школа, если бы его не было. Он действительно знал намного больше школьных учителей – не потому, что был вынужден зазубрить это на тридцать лет раньше меня, а просто по-прежнему испытывал интерес. Если углубиться в детали, история получится длинной.

Позднее, когда отец увлекся ботаникой, а я буквально проглотил «Происхождение видов», наши беседы приняли иное направление, явно отличавшееся от того, что нам преподавали в школе, где теория эволюции по-прежнему исключалась из курса биологии и учителям религиозного воспитания рекомендовали называть ее ересью. Вскоре я стал пылким последователем дарвинизма (и остаюсь им до сих пор), в то время как отец под влиянием друзей призывал подходить к делу с осторожностью. Связь между естественным отбором и выживанием наиболее приспособленных, с одной стороны, и законом Менделя и мутационной теорией де Фриза – с другой, еще предстояло обнаружить. По сей день я не могу понять, почему зоологи буквально молились на Дарвина, в то время как ботаники вели себя намного более сдержанно. Однако в одном вопросе мы все сходились (под «всеми» я в первую очередь подразумеваю Хофрата Антона Хандлиша, который был зоологом в Музее естественной истории, и среди друзей моего отца я знал и любил его больше других): мы считали, что основа эволюционной теории скорее причинна, нежели финалистична, и ни один из особых законов природы, таких как кинетическая энергия, или энтелехия, или сила ортогенеза, не заставляет живые организмы нарушать универсальные законы неодушевленной материи либо противоречить им. Моего преподавателя религии эта точка зрения не обрадовала бы, однако его мнение меня не волновало.

Летом наша семья обычно путешествовала. Это не только приносило мне радость, но и позволяло разжечь интеллектуальный аппетит. Помню поездку в Англию за год до того, как я перешел в среднюю школу (Mittelschule), когда я жил у родственников матери в Рамсгите. Длинный, широкий пляж отлично подходил для прогулок на осликах и обучения езде на велосипеде. Сильные приливно-отливные изменения полностью приковали мое внимание. На пляже стояли крошечные купальные кабинки на колесах, и человек с лошадью постоянно перемещал их туда-сюда, в соответствии с приливом. На Ла-Манше я впервые заметил, что дым из труб далеких кораблей на горизонте можно увидеть задолго до их появления, по причине искривления водной поверхности.

В Лемингтоне на Мадейра-Вилла я познакомился со своей прабабушкой, и поскольку у нее была фамилия Расселл и улица, на которой она жила, носила такое же название, не сомневался, что улицу назвали в честь моего покойного прадеда. Там также жила тетка моей матери с мужем, Альфредом Кирком, и шестью ангорскими кошками. Говорят, впоследствии их число увеличилось до двадцати. Кроме них у нее был обычный кот, который часто возвращался из своих ночных похождений в плачевном состоянии, по причине чего его прозвали Томасом Бекетом (в честь архиепископа Кентерберийского, убитого в соборе по приказу короля Генриха II). Не то чтобы это имело для меня большое значение, да я бы и не назвал это подобающим.

Благодаря моей тете Минни, младшей сестре матери, переехавшей из Лемингтона в Вену, когда мне было пять лет, я научился свободно говорить на английском прежде, чем научился писать на немецком, не говоря уже об английском. Когда меня наконец познакомили с грамматикой и чтением языка, который, по моему мнению, я прекрасно знал, это стало большим сюрпризом. Спасибо маме, организовавшей английские дни. Тогда мне это не понравилось. Мы отправлялись на прогулку от Вайхербурга до милого и в те годы тихого городка Инсбрук, и мама говорила: «Всю дорогу мы будем общаться только на английском – ни слова на немецком». Так мы и делали. Лишь позднее я осознал, какую это принесло пользу. Хотя мне пришлось покинуть страну моего рождения, за границей я никогда не чувствовал себя чужаком.

У меня сохранились смутные воспоминания о посещении Кенилворта и Уорика во время велосипедных прогулок по окрестностям Лемингтона. А на обратном пути в Инсбрук из Англии я видел Брюгге, Кёльн, Кобленц – мы поднялись на пароходе по Рейну. Вроде бы помню Рюдесхайм, Франкфурт, Мюнхен; потом Инсбрук. Я также помню маленький пансион, принадлежавший Рихарду Аттльмайру.

Из этого пансиона я впервые пошел на занятия, в Сант-Николаус, где у меня были частные уроки, поскольку родители боялись, что на каникулах я забыл грамоту и арифметику и осенью провалю вступительный экзамен. В более поздние годы мы ездили в Южный Тироль или Каринтию, а иногда в сентябре на несколько дней отправлялись в Венецию. Невозможно перечислить все чудеса, что я получил возможность повидать в те дни, – чудеса, которых больше нет, из-за автомобилей, «развития» и новых границ. Думаю, тогда – и уж тем более сейчас – мало кому выпадали столь счастливые детство и юность, пусть я и был единственным ребенком. Все относились ко мне дружелюбно и поддерживали хорошие отношения друг с другом. Ах, если бы учителя, включая родителей, принимали близко к сердцу необходимость взаимопонимания! Лишь оно дает возможность серьезно влиять на наших подопечных.

Наверное, следует немного рассказать о моих университетских годах, между 1906 и 1910 годами, потому что впоследствии такого шанса может не представиться. Я уже упомянул, что Хазенёрль и его тщательно продуманный четырехлетний курс (пять часов в неделю!) повлияли на меня сильнее прочих. К сожалению, последний год я пропустил, поскольку больше не мог откладывать воинскую повинность. Она оказалась намного приятнее, чем я опасался: меня отправили в красивейший старинный город Краков, и я провел незабываемое лето возле каринтской границы, рядом с Мальборгетом. Помимо Хазенёрля, я также посещал все лекции по математике, какие только мог. Густав Кон читал проективную геометрию. Его стиль, жесткий и четкий, произвел на меня глубокое впечатление. В один год Кон мог использовать чисто синтетический метод, без каких-либо формул, в другой – аналитический. На самом деле это лучшее свидетельство существования аксиоматических систем. Благодаря Кону дуализм, в частности, проявил себя как потрясающее явление с немного различной двух– и трехмерной геометрией. Кон также продемонстрировал нам влияние теории групп Феликса Кляйна на развитие математики. Факт, что существование четвертого гармонического элемента приходится принимать за аксиому в двухмерной структуре, в то время как в трехмерной его легко можно доказать, был для него простейшей иллюстрацией великой теоремы Гёделя. Я узнал от Кона множество вещей, на которые никогда не нашел бы времени впоследствии.

Я посетил лекции Иерузалема о Спинозе – памятное событие для всех присутствовавших. Он обсуждал много вопросов, таких как ὁ θάνατος ουδέν προς ἡμάς («Смерть не враг человеку») Эпикура и его ὀυδέν θαυμάςειν («не гадать»), которыми тот всегда руководствовался в своей философии.

На первом году учебы я также занимался качественным химическим анализом, и он принес мне много пользы. Лекции Скраупа по неорганическому химическому анализу были весьма неплохи; лекции по органическому химическому анализу, с которыми я ознакомился в летний триместр, не шли с ними ни в какое сравнение. Но даже будь они на порядок лучше, это вряд ли помогло бы мне разобраться в нуклеиновых кислотах, ферментах, антителах и тому подобном. Я мог лишь пробираться вперед на ощупь, по интуиции, и она меня не подвела.

31 июля 1914 года отец пришел в мой маленький кабинет на Больцмангассе, чтобы сообщить новости: меня призвали на военную службу и моим первым пунктом назначения станет Предильзаттль в Каринтии. Мы купили два пистолета, большой и маленький. К счастью, мне ни разу не пришлось использовать их против человека или животного, и в 1938 году, во время обыска моей квартиры в Граце, я отдал их добродушному чиновнику, на всякий случай.

Немного о самой войне: мое первое место командирования, Предильзаттль, оказалось спокойным. Но однажды у нас случилась ложная тревога. Наш командир, капитан Райндль, условился с доверенными лицами, что в случае наступления итальянских отрядов по широкой долине в направлении озера (Райблерзее) нас предупредят дымовыми сигналами. Так получилось, что кто-то пек картофель или жег сорняки рядом с границей. Нам приказали занять два наблюдательных поста, и мне доверили командовать левым. Мы просидели там десять дней, прежде чем про нас вспомнили. Там, наверху, я узнал, что на пружинистых половицах, прикрытых только спальным мешком и одеялом, спать намного удобнее, чем на бетонном полу. Другое мое наблюдение было иного рода; ни до, ни после я никогда не видел ничего подобного. Ночью часовой разбудил меня и сообщил, что видел на противоположном склоне огни, двигавшиеся к нашей позиции. Нужно заметить, что на этой стороне горы (Зеекопф) вообще не было троп. Я выбрался из спального мешка и по переходу отправился на пост, чтобы осмотреться. Часовой не ошибся насчет огней, но они оказались огнями святого Эльма на нашем собственном проволочном заслоне в паре ярдов от нас и перемещались относительно земли только параллактически. Причина была в том, что двигался сам наблюдатель. Выйдя из нашей вместительной землянки ночью, я бы увидел эти симпатичные огоньки на верхушках травы, которой поросла крыша. Больше я ни разу не сталкивался с подобным феноменом.

После того как я провел немало праздного времени в Предильзаттле, меня перевели во Франценфесте, затем в Кремс, а потом в Коморн. Мне даже пришлось недолго служить на фронте. Я присоединился к небольшому отряду сначала в Гориции, а вскоре в Дуино. Там была странная корабельная пушка. В конце концов мы отступили в Систиану, откуда меня отправили на скучный, но все же красивый наблюдательный пост рядом с Просекко, на 900 футов выше Триеста, где было еще более странное орудие. Там меня навестила моя будущая жена Аннемари, а однажды наши позиции посетил герцог Бурбон-Пармский Сикст, брат императрицы Циты. Он был в штатском, и позднее я узнал, что на самом деле герцог являлся нашим врагом, поскольку служил в бельгийской армии. Причина этого заключалась в том, что французы не позволили никому из членов семьи Бурбонов вступить в свою армию. Он приезжал, чтобы достичь сепаратного мирного соглашения между Австро-Венгрией и Антантой, что, разумеется, представляло собой измену по отношению к Германии. К сожалению, его замыслы не воплотились в жизнь.

В Просекко я впервые познакомился с теорией Эйнштейна 1916 года. У меня было много времени, но я с трудом понимал ее. Тем не менее заметки, сделанные мной тогда на полях, до сих пор кажутся мне весьма разумными. Как правило, Эйнштейн представлял каждую новую теорию в излишне усложненной форме – особенно в 1945 году, когда он представил так называемую асимметричную унитарную теорию поля. Наверное, дело не в характере этого великого человека; может, так бывает всякий раз, когда кто-то формулирует новую идею. В случае вышеупомянутой теории Паули сразу сказал Эйнштейну, что нет смысла привносить комплексные величины, поскольку каждое из его тензорных уравнений и так включает симметричную и явную асимметричную части. Лишь в 1952 году, в статье, которую Эйнштейн написал вместе с госпожой Б. Кауфман для сборника в честь шестидесятилетия Луи де Бройля, он согласился с моей намного более простой версией, находчиво исключив так называемую «сильную» версию. Это действительно был важный шаг.

Последний год войны я служил «метеорологом», сначала в Вене, затем в Филлахе, в Винер-Нойштадте и снова в Вене. В этом мне крупно повезло, поскольку я был избавлен от необходимости видеть печальное отступление наших потрепанных фронтов.

В марте-апреле 1920 года мы с Аннемари поженились и вскоре переехали в Йену, где сняли меблированную квартиру. Я должен был добавить немного современной теоретической физики в лекции профессора Ауэрбаха. Мы наслаждались дружбой и сердечностью обоих Ауэрбахов, которые были евреями, и моего начальника Макса Вина с супругой (по традиции они были антисемитами, однако не питали ни к кому личной неприязни). Хорошие отношения с ними очень помогли мне. Я слышал, что в 1933 году, не видя способа избавиться от угнетений и унижений, ждавших их после захвата власти (Machtergreifung) Гитлером, Ауэрбахи покончили с собой. Эберхард Бухвальд, молодой физик, только что потерявший жену, и пара по фамилии Эллер с двумя маленькими сыновьями также стали нашими друзьями в Йене. Миссис Эллер навестила меня в Альпбахе прошлым летом (1959), несчастная обездоленная женщина, чьи мужчины отдали жизни в борьбе за дело, в которое не верили.

Хронологическое описание чьей-то жизни – скучное занятие. Не важно, вспоминаешь ли ты события, произошедшие с тобой или с кем-то другим: среди них редко попадается переживание или наблюдение, достойное быть отмеченным, даже если ты считаешь нужным придерживаться исторического порядка. Вот почему я собираюсь кратко резюмировать периоды моей жизни, чтобы впоследствии обращаться к ним, не думая про хронологию.

Первый период (1887–1920) завершается моей женитьбой на Аннемари и отъездом в Германию. Я назову его «Первым венским периодом». Второй период (1920–1927) назову «Ранними годами скитаний» – я побывал в Йене, Штутгарте, Вроцлаве и, наконец, в Цюрихе (в 1921 году). Этот период закончился, когда меня пригласили в Берлин, чтобы стать преемником Макса Планка. В 1925 году во время пребывания в Арозе я написал работы по волновой механике. Моя статья вышла в 1926 году, и я отправился в двухмесячный лекционный тур по Северной Америке, основательно отрезвленной сухим законом. Третий период (1927–1933) оказался весьма приятным. Я назову его «Учеба и учение». Он закончился с приходом к власти Гитлера, так называемым Machtergreifung, в 1933 году. Завершая летний триместр, я уже готовил вещи к отправке в Швейцарию. В конце июля покинул Берлин, чтобы провести отпуск в Южном Тироле. Согласно Сен-Жерменскому договору, Южный Тироль отошел Италии, поэтому мы по-прежнему могли посещать его по немецким паспортам, в отличие от Австрии. Великий наследник Бисмарка преуспел в блокаде Австрии, которую прозвали Tausendmarksperre («блокада тысячи марок»). Так, моя жена не смогла навестить мать в ее семидесятый день рождения. Чиновники его превосходительства не позволили. В конце лета я не вернулся в Берлин, а подал в отставку, но ответа так и не получил. На самом деле они заявили, что вообще не видели моего прошения, а узнав, что мне присуждена Нобелевская премия по физике, отказались принимать его.

Четвертый период (1933–1939) я назову «Поздними годами скитаний». Еще весной 1933 года Ф. А. Линдеманн – впоследствии лорд Черуэлл – предложил мне «содержание» в Оксфорде. Это произошло во время его первого визита в Берлин, когда я случайно выразил свое отношение к сложившейся ситуации. Он сдержал слово. И потому мы с женой пустились в путь на приобретенном по такому случаю маленьком «БМВ». Покинули Мальчезине и через Бергамо, Лекко, Сен-Готард и Париж добрались до Брюсселя, где в то время состоялся Солвеевский конгресс. Оттуда мы порознь направились в Оксфорд. Линдеманн заранее позаботился о том, чтобы обеспечить мне членство в колледже Магдалины, хотя бо́льшую часть денег я получал от Имперского химического треста.

Когда в 1936 году мне предложили пост в Эдинбургском университете и еще один в Граце, я выбрал последний – невероятно глупый поступок. Беспрецедентный выбор – и беспрецедентный результат, хотя обстоятельства сложились весьма удачно. Разумеется, я пострадал от нацистов в 1938 году, но к тому времени уже принял вызов в Дублин, где де Валера собирался основать Институт передовых исследований. Преданность родному университету никогда не позволила бы эдинбуржцу Э. Т. Уиттекеру, бывшему учителю де Валеры, предложить меня на этот пост, если бы в 1936 году я отправился в Эдинбург. То место занял Макс Борн. Для меня Дублин оказался в сотни раз лучше. В Эдинбурге я бы не только страдал от работы, но и ощущал бы себя враждебным иностранцем.

Второе «бегство» привело нас из Граца через Рим, Женеву и Цюрих в Оксфорд, где добрые друзья Уайтхеды приютили нас на два месяца. Нам пришлось оставить милый маленький «БМВ», прозванный «Граулингом», потому что он был очень медленным. Кроме того, я лишился водительских прав. Дублинский институт не был «готов», и в декабре 1938 года мы с женой, Хильде и Рут отправились в Бельгию. Вначале я читал лекции (на немецком!) в Гентском университете как приглашенный профессор, на средства Фонда Франки. Потом мы провели около четырех месяцев в Де-Панне, на море. Это было хорошее время, несмотря на медуз. Кроме того, там я единственный раз в жизни увидел морскую фосфоресценцию. В сентябре 1939 года, в первый месяц Второй мировой войны, мы отправились в Дублин через Англию. С нашими немецкими паспортами мы по-прежнему были для британцев врагами-иностранцами, но благодаря рекомендациям де Валеры нас пропустили. Возможно, Линдеманн тоже подергал за ниточки, несмотря на неприятную ссору, случившуюся год назад. Все-таки он был очень достойным человеком, и я не сомневаюсь, что на посту советника своего друга Уинстона в вопросах физики оказал Британии неоценимую помощь во время войны.

Пятый период (1939–1956) я назову «Мое долгое изгнание», но без горечи, обычно связанной с этим словом, потому что это было чудесное время. Иначе я бы не познакомился с этим прекрасным уединенным островом. Нигде больше во время нацистской войны мы не смогли бы вести столь постыдно беззаботную жизнь. Я не могу представить, что семнадцать лет «продержался бы на плаву» в Граце, с нацистами или без них, с войной или без нее. Порой мы тихо говорили друг другу: «Wir danken’s unserem Führer» («Мы в долгу перед нашим фюрером»).

Шестой период (1956–?) я назову «Поздним венским периодом». Еще в 1946 году мне вновь предложили австрийский пост. Когда я сообщил об этом де Валере, он настоятельно рекомендовал отказаться, ссылаясь на нестабильную политическую ситуацию в Центральной Европе. Он был прав. Но несмотря на доброжелательное отношение ко мне, его не интересовало, что станет с моей женой, если со мной что-нибудь случится. Он лишь отвечал, что сам не знает, что станет с его женой в подобной ситуации. Поэтому я сообщил в Вену, что желаю вернуться, но хочу подождать, пока ситуация нормализуется. Добавил, что из-за нацистов уже дважды был вынужден прерывать работу и начинать с чистого листа в другом месте; третий раз положит конец моей карьере.

Оглядываясь назад, я понимаю, что поступил правильно. В те дни несчастная изнасилованная Австрия была скверным местом для проживания. Австрийские власти не удовлетворили мое прошение о пенсии для моей жены в качестве компенсации, несмотря на то, что вроде бы намерены загладить свою вину. Нищета была слишком отчаянной (и остается таковой сейчас, в 1960 году), чтобы делать послабления отдельным людям, отказывая остальным. Я написал много коротких книг на английском (их опубликовало «Кембридж-юниверсити-пресс») и продолжил исследования «асимметричной» общей теории гравитации, которая приносит одни разочарования. Последним – по счету, но не по значению – достижением стали две успешные операции, проведенные в 1948-м и 1949-м мистером Вернером, который удалил катаракту с обоих моих глаз. Когда пришло время, Австрия очень щедро восстановила меня на прежнем посту. Я также получил новое назначение в Венском университете, что повышало мой статус, хотя с учетом возраста мог занимать должность лишь два с половиной года. Всем этим я обязан преимущественно своему другу Гансу Тиррингу и министру образования доктору Дриммелю. Тогда же мой коллега Робрахер успешно провел новый закон о статусе заслуженного профессора, что тоже пошло мне на пользу.

Здесь заканчивается моя хронологическая летопись. Я надеюсь добавить к ней пару не слишком скучных идей или деталей. Придется обойтись без полной картины жизни, поскольку я плохой рассказчик. Кроме того, я был бы вынужден опустить весьма существенную часть своего портрета, а именно мои отношения с женщинами. Во-первых, это наверняка подстегнет слухи; во-вторых, вряд ли данная тема так уж интересна окружающим; и в-третьих – и это немаловажно, – я не верю, что человек может быть искренен в подобных вопросах.

Сие резюме было написано в начале этого года. Иногда я с удовольствием перечитываю его. Но решил не продолжать – в этом нет никакого смысла.

Э. Ш.

Ноябрь 1960 года

1

Холдейн, Джон Бердон Сандерсон (1892–1964) – английский генетик, биохимик, физиолог и эволюционист, стоявший у истоков популяционной и молекулярной генетики и синтетической теории эволюции. – Здесь и далее примеч. пер.

2

Крик, Фрэнсис (1916–2004) – британский молекулярный биолог и биофизик, один из первооткрывателей структуры ДНК, лауреат Нобелевской премии.

3

Положение обязывает (фр.).

4

Непрерывно (ит.).

5

Эта точка зрения подчеркивается в двух статьях Ф. Дж. Доннана, Scientia, XXIV, #78 (1918), 10 (La science physico-chimique décrit-elle d’une façon adéquate les phénomènes biologiques? / Способна ли физико-химическая наука адекватно описать биологические явления?) и Smithsonian Report, 1929, с. 309 (The mystery of life / Загадка жизни).

6

Томсон, Уильям, барон Кельвин (1824–1907) – британский физик-математик, в честь которого названа абсолютная единица температуры.

7

Согласно современным представлениям, у атома нет четких границ, а следовательно, «размер» атома не является определенной концепцией. Однако мы можем охарактеризовать или, если хотите, заменить его расстоянием между центрами атомов в твердом или жидком состоянии, но, разумеется, не газообразном, в котором оно, при нормальных давлении и температуре, увеличивается примерно в десять раз. – Примеч. авт.

8

Больцман, Людвиг (1844–1906) – австрийский физик, прославившийся работами по статистической механике и молекулярно-кинетической теории.

9

Гиббс, Джозайя Уиллард (1839–1903) – американский физик и математик, стоявший у истоков векторного анализа, математической теории термодинамики и статистической физики.

10

Ланжевен, Поль (1872–1946) – французский физик, автор теории диамагнетизма и парамагнетизма.

11

Это слово означает «вещество, которое окрашивается» – в результате определенного процесса окрашивания, используемого в микроскопии.

12

В норме кариотип человека представлен 46 хромосомами, однако во время написания книги считалось, что их 48 (по результатам опубликованной в 1923 г. микроскопической работы Теофилуса Пейнтера).

13

Лаплас, Пьер-Симон (1749–1827) – французский математик, физик и астроном. Здесь имеется в виду демон Лапласа – мысленный эксперимент, в котором вымышленное разумное существо способно по положению и скорости любой частицы во Вселенной в любой момент времени предсказать как ее прошлое, так и будущее. Сутью эксперимента была демонстрация необходимости статистического описания реальных процессов в силу нашей неосведомленности.

14

Развитие особи в ходе жизненного цикла, в противоположность филогенезу – развитию вида в течение геологических периодов.

15

Во всяком случае, каждая женщина. Чтобы не быть многословным, я исключил из рассмотрения интересный вопрос определения пола и сцепленных с ним характеристик, например, так называемой цветовой слепоты. – Примеч. авт.

16

С необходимыми поправками (лат.).

17

Дарлингтон, Сирил Дин (1903–1981) – английский ботаник и генетик, стоявший у истоков цитогенетики, первооткрыватель механизма хромосомного кроссинговера и один из авторов синтетической теории эволюции.

18

Де Фриз, Хуго (1848–1935) – голландский ботаник и генетик; одновременно с Корренсом и Чермаком подтвердил законы Менделя.

19

Корренс, Карл Эрих (1864–1933) – немецкий ботаник и генетик, подтвердивший законы Менделя.

20

Чермак-Зейзенегг, Эрих (1871–1962) – австрийский генетик, также подтвердивший законы Менделя.

21

Тимофеев-Ресовский, Николай Владимирович (1900–1981) – советский генетик, занимавшийся радиационной и популяционной генетикой и микроэволюцией.

22

Нижний – поскольку эти другие процессы нельзя измерить вместе с ионизацией, но они могут быть задействованы в производстве мутаций.

23

Дельбрюк, Макс (1906–1981) – американский физик и биофизик немецкого происхождения, лауреат Нобелевской премии.

24

Циммер, Карл (1911–1988) – немецкий биофизик, основоположник изучения влияния ионизирующего излучения на ДНК.

25

Примерно 36,7 °C.

26

Планк, Макс Карл Эрнст Людвиг (1858–1947) – немецкий физик-теоретик, стоявший у истоков квантовой физики, лауреат Нобелевской премии.

27

Гайтлер, Вальтер Генрих (1904–1981) – немецкий физик, внесший вклад в разработку квантовой электродинамики, квантовой теории поля и теории ковалентной связи.

28

Лондон, Фриц (1900–1954) – немецкий физик-теоретик, прославившийся трудами по теории химической связи и межмолекулярных сил.

29

Я даю описание, обычно используемое в обиходе, которого достаточно для наших нынешних целей. Однако чувствую себя виноватым в увековечивании удобного заблуждения. Истинная история намного более сложна, поскольку включает случайную неопределенность состояния, в котором находится система. – Примеч. авт.

30

Полани, Майкл (1891–1976) – английский физик, химик и философ венгерского происхождения.

31

Вигнер, Юджин (1902–1995) – американский математик и физик венгерского происхождения, лауреат Нобелевской премии.

32

k представляет собой известную численную постоянную – постоянную Больцмана. 3/2 kT – средняя кинетическая энергия атома газа при температуре T.

33

На лекции были показаны модели, в которых C, H и O были представлены черными, белыми и красными деревянными шариками соответственно. Я не стал приводить их здесь, поскольку их сходство с реальными молекулами столь же невелико, сколь и у рис. 11. – Примеч. авт.

34

Ее гибкость не является противоречием – тонкая медная проволока тоже гибкая. – Примеч. авт.

35

Живая сила (лат.).

36

Stoff – материя, Wechsel – обмен (нем.).

37

Очевидно, имеется в виду Фрэнсис Саймон, он же Франц Ойген Симон (1893–1956) – британский физик немецкого происхождения, работавший в области физики низких температур и высоких давлений, а также ядерной физики. Внес большой вклад в создание атомной бомбы.

38

Нернст, Вальтер Герман (1864–1941) – немецкий физик и химик, знаменитый своими работами по термодинамике, лауреат Нобелевской премии.

39

Без гнева и пристрастия (лат.).

40

Древнеиндийские религиозно-философские трактаты.

41

Философско-религиозные традиции в индуизме; одна из шести ортодоксальных школ индуизма.

42

Шопенгауэр, Артур (1788–1860) – немецкий философ-иррационалист, увлекавшийся мистикой, ценитель философии буддизма.

43

Гауришанкар – гора в Гималаях на границе Китая и Непала. Ранее европейцы ошибочно именовали Гауришанкаром гору Эверест.

44

Единственное по существу (лат.).

45

Хаксли, Олдос (1894–1963) – английский писатель и философ, автор романа-антиутопии «О дивный новый мир»; брат известных английских биологов Джулиана Хаксли и Эндрю Хаксли.

46

Гилозоизм (греч. ὕλη – материя и ζωή – жизнь) – представление об одушевлении всей материи. – Здесь и далее примеч. пер.

47

Фехнер, Густав Теодор (1801–1887) – немецкий психолог и философ, один из первых экспериментальных психологов; заложил основы психофизики.

48

Земон, Рихард (1859–1918) – немецкий зоолог и эволюционист, сторонник теории органической памяти.

49

Авенариус, Рихард (1843–1896) – швейцарский философ, основоположник эмпириокритицизма.

50

Качественные перестройки или метаморфозы объектов при изменении параметров, от которых они зависят.

51

Хаксли, Джулиан Сорелл (1877–1975) – английский биолог, эволюционист и политик, один из создателей синтетической теории эволюции и первый генеральный директор ЮНЕСКО.

52

Материал этой главы был впервые представлен в форме трех лекций на Европейской службе Би-би-си в сентябре 1950 г., а впоследствии был включен в книгу «Что такое жизнь? И другие эссе» (Anchor Book A 88, Doubleday and Co., New York).

53

«Эволюция: современный синтез» (Evolution: A Modern Synthesis; George Allen and Unwin, 1942).

54

Nature and the Greeks. Cambridge University Press, 1954.

55

Древнегреческая научно-философская школа, основанная в Милете в VI в. до н. э. Представители – Фалес, Анаксимандр, Анаксимен.

56

Шеррингтон, Чарльз Скотт (1857–1952) – британский нейрофизиолог и патолог, лауреат Нобелевской премии (1932) за исследования нейронов.

57

Обязательное условие (лат.).

58

Eranos Jahrbuch (1946), с. 398.

59

Эддингтон, Артур Стэнли (1882–1944) – английский астрофизик и научный философ, в частности, занимавшийся теорией относительности.

60

«Природа физического мира» / The Nature of the Physical World (Cambridge University Press, 1928), введение.

61

Cambridge University Press, 1940.

62

См. мою книгу «Наука и гуманизм» / Science and Humanism (Cambridge University Press, 1951), стр. 49.

63

Иммануил Кант (1724–1804).

64

Лейбниц, Готфрид Вильгельм (1646–1716) – саксонский философ, математик, физик, дипломат и изобретатель, создатель философской системы монадологии.

65

Лишена связи с внешним миром.

66

Древнеиндийские религиозно-философские трактаты, обсуждающие философию, медитацию и природу Бога.

67

Eranos Jahrbuch, 1946.

68

Perennial Philosophy, Chatto and Windus, 1946.

69

«Человек и его природа» / Man on his Nature, 1-е изд. (1940), с. 73.

70

Подобным образом отдельные кадры сливаются в единое целое в кинематографе.

71

«Человек и его природа» / Man on his Nature, с. 273–275.

72

Слово, существующее только в единственном числе (лат.).

73

«Человек и его природа» / Man on his Nature, с. 218.

74

Беркли, Джордж (1685–1753) – ирландский философ, основоположник субъективного идеализма.

75

«Человек и его природа» / Man on his Nature, с. 232.

76

Единственный в своем роде (лат.).

77

Швейцер, Альберт (1875–1965) – немецкий и французский теолог, философ и гуманист, лауреат Нобелевской премии мира (1952).

78

Августин, Аврелий, также известный как Блаженный Августин (354–430), – христианский богослов и философ, один из отцов христианской церкви.

79

Боэций, Аниций Манлий Торкват Северин (480 (?) –524 (?)) – римский государственный деятель, философ, христианский теолог.

80

Элейцы – древнегреческая философская школа, существовавшая в VI – первой половине V в. до н. э. в городе Элее. Элейцы занимались теоретическим учением о бытии и заложили основы классической греческой онтологии.

81

Лоренц, Хендрик Антон (1853–1928) – голландский физик, чьи работы легли в основу специальной теории относительности и квантовой физики, лауреат Нобелевской премии (1902).

82

Пуанкаре, Анри Жюль (1854–1912) – французский математик и физик, создатель теоретических основ теории относительности.

83

Минковский, Герман (1864–1909) – немецкий математик, создатель геометрической теории чисел и четырехмерной модели теории относительности.

84

Смолуховский, Мариан (1872–1917) – польский физик, основоположник статистической физики, в частности, прославившийся своими работами по теории броуновского движения.

85

Фриш, Карл Риттер, фон (1886–1982) – австрийский этолог, прославившийся изучением языка танца пчел, лауреат Нобелевской премии (1973).

86

Крайности сходятся (фр.).

87

Эффект Зеемана – явление расщепления линий атомных спектров в магнитном поле.

88

Эффект Штарка – явление расщепления и сдвига спектральных линий атомов в электрическом поле.

89

«Фрагменты досократиков» / Die Fragmente der Vorsokratiker, Герман Дильс.

Content

Эрвин Шредингер
Что такое жизнь?

Что такое жизнь?

Предисловие

Введение

Глава 1 Классический физический подход к предмету

Глава 2 Механизм наследственности

Глава 3 Мутации

Глава 4 Квантово-механическое доказательство

Глава 5 Обсуждение и проверка модели Дельбрюка

Глава 6 Порядок, беспорядок и энтропия

Глава 7 Основана ли жизнь на законах физики?

Эпилог О детерминизме и свободе воли

Примечание к эпилогу

Сознание и материя

Глава 1 Физические основы сознания

Глава 2 Будущее понимания

Глава 3 Принцип объективации

Глава 4 Арифметический парадокс: единство сознания

Глава 5 Наука и религия

Глава 6 Тайна чувственных качеств

Автобиографические заметки

1