Объяснение Эйнштейна, почему гравитация универсальна
Шон Кэрролл
Физик‑теоретик (Калифорнийский технологический институт); автор книги From the Eternity to Here («Из вечности в сегодня »)
Древние греки полагали, что тяжелые предметы падают на землю быстрее, чем легкие. Для этого существуют веские основания, потому что тяжелый камень падает быстро, в то время как лист бумаги медленно планирует на землю. Но мысленный эксперимент Галилея обнаружил просчет в этом рассуждении. Представьте, что вы берете лист бумаги и привязываете его к камню. Вместе они тяжелее, чем каждый по отдельности, и должны падать быстрее. Но на практике лист бумаги задерживает падение камня.
Галилей утверждал, что скорость падения предметов – универсальное качество, не зависящее от их массы и строения, если отбросить сопротивление воздуха. Дейв Скотт, астронавт «Аполлона‑15», находясь на поверхности Луны почти в вакууме, проиллюстрировал эту точку зрения. Он уронил перо и молоток – как и предсказывал Галилей, они упали с одинаковой скоростью.
Многие ученые задумывались над тем, почему так происходит. Частицы в электрическом поле ведут себя не так, как в гравитационном. Они все делают по‑разному: положительно заряженные частицы движутся в одном направлении, отрицательно заряженные – в другом, а нейтральные остаются на месте. А вот гравитация универсальна – все объекты реагируют на нее одинаково.
Размышление над этой проблемой привело Эйнштейна к тому, что он назвал «самой счастливой мыслью в моей жизни». Представьте себе астронавта в космическом корабле без иллюминаторов или другой возможности увидеть окружающий мир. Если корабль летит вдали от звезд или планет, все предметы внутри него находятся в состоянии свободного падения – отсутствует гравитационное поле, которое двигало бы их в определенном направлении. Теперь поместите корабль на орбиту крупной планеты, обладающей значительной гравитацией. Предметы внутри корабля по‑прежнему будут находиться в свободном падении, потому что гравитация действует на них одинаково – ни один не движется вперед или в сторону от другого. Наблюдая только за тем, что происходит внутри корабля, мы не сможем обнаружить существование гравитации.
|
|
|
Эйнштейн, благодаря своей гениальности, сделал суще ст венный вывод из подобного положения вещей. Если гравитация действует на все объекты одинаково, то не следует рассматривать ее как «силу» вовсе. Предпочтительно считать гравитацию свойством пространства‑времени, сквозь которое они перемещаются. Точнее, гравитация – искривление пространства‑времени. Пространство и время, сквозь которые мы движемся, не постоянны, как полагал Ньютон, – они сжимаются и растягиваются под воздействием материи и энергии. В результате объекты движутся в различных направлениях, подталкиваемые искривлением пространства‑времени, – явлением, которое мы называем гравитацией. Таким образом, с помощью непревзойденной физической интуиции Эйнштейн сумел решить задачу, оста вавшуюся без ответа со времен Галилея.
|
|
|
Эволюционная генетика и противоречия общественной жизни
Стивен Пинкер
Профессор факультета психологии Гарвардского университета; автор книги The Better Angels of Our Nature («Лучшие стороны нашей натуры »)
Сложное устройство жизни – продукт естественного отбора, который приводится в действие конкуренцией между репликаторами. Результат зависит от того, какие репликаторы лучше используют энергию и материалы, необходимые для копирования самих себя, и как быстро они могут создавать собственные копии, которые, в свою очередь, также способны реплицироваться. Первая составляющая конкуренции может быть названа выживанием, обменом веществ или физическим напряжением, вторая – репликацией или размножением. Жизнь любого уровня – от РНК и ДНК до целого организма – выполняет эти две функции и постоянно ищет компромиссы между ними.
|
|
|
Первый из жизненных компромиссов – следует ли распределить ресурсы (энергию, питание, риск, время) так, чтобы произвести как можно больше потомства и оставить его на произвол судьбы, или ограничиться небольшим числом потомков и увеличить шансы на выживание и размножение каждого из них. Выбор между этими возможностями определяет уровень родительского вклада организма.
Так как родительский вклад ограничен, организм сталкивается со вторым компромиссом – между вложением ресурсов в потомство и сохранением их для существующих или потенциальных близких родственников.
Благодаря значительному различию между полами – самки производят меньше половых клеток, но они более ценные – самки большинства видов вкладывают в потомство больше, чем самцы, вклад которых часто близок к нулю. Самки млекопитающих, в частности, идут на существенные затраты, включая вынашивание детенышей и вскармливание их молоком. У некоторых видов, в том числе у Homo sapiens , самцы также вносят свой вклад, хотя и меньший, чем самки.
Естественный отбор содействует распределению ресурсов не только между родителями и детьми, но и между генетическими родственниками, такими как родные и двоюродные братья и сестры. Точно так же, как ген, поощряющий родителей делать вклад в потомство, поддерживает копии самого себя в этом потомстве, ген, поощряющий вклад в братьев и сестер, способствует собственному копированию в соответствии с размером вложений, понесенными убытками и степенью генетического родства.
|
|
|
Я просто напоминаю основные свойства жизни на Земле (и, возможно, жизни вообще), а также некоторые необходимые сведения о нашем собственном виде – и мы млекопитающие, у которых самцы вносят свой вклад в потомство. Я также добавлю, что мы – мыслящий вид, который решает жизненные проблемы с помощью не только закрепленных эволюцией приспособлений, но и дополнительных способностей (мышления, языка, общения), которые мы развиваем в течение жизни, а их результатами обмениваемся посредством культуры.
Исходя из этих основных принципов эволюционного процесса, можно многое заключить об общественной жизни нашего вида (заслуга в этом принадлежит Уильяму Гамильтону, Джорджу Уильямсу, Роберту Трайверсу, Дональду Симонсу, Ричарду Александеру, Мартину Дейли и Марго Уилсон).
• Конфликты – часть существования человека. Вопреки религиозным мифам об Эдеме, романтическим описаниям благородных дикарей, утопическим мечтам об идеальной гармонии и таким прилипчивым метафорам, как верность, привязанность и согласие, человеческая жизнь не свободна от противоречий. Во всех обществах существуют некоторые различия в авторитете и социальном положении, неравенство во власти и благосостоянии, наказания, сексуальные ограничения, ревность, враждебность по отношению к другим группам и конфликты внутри собственной группы, включая жестокость, насилие и убийство. Наши разумные и моральные соображения ограничивают эти конфликты. В мировой художественной литературе всего несколько сюжетов, посвященных вражде (часто смертельной) и трагедиям в семейных или любовных отношениях (иногда и в тех, и в других). В реальном мире истории нашей жизни – это по большей части истории конфликтов между друзьями, родственниками и соперниками: обида, вина и ревность.
• Главный заложник этих конфликтов – семья, совокупность индивидуальностей, эволюционно заинтересованных в процветании друг друга. Таким образом, мы обнаруживаем, что традиционные общества основаны на родственных связях, и политические лидеры – от императоров до доморощенных тиранов – стремятся передать власть своим потомкам. Яркие проявления альтруизма, например донорство органа или рискованная ссуда денег, обычно распространяются на родственников, как и завещания состояния после смерти. Семейственность постоянно угрожает социальным институтам, таким как религия, правительство и бизнес, которые соперничают с инстинктивными семейными связями.
• Даже семья не освобождает от конфликтов, потому что солидарность общих генов вынуждена противостоять конкуренции за родительский вклад. Родители должны распределить вложения между всеми своими детьми, рожденными и еще не рожденными, так, чтобы не обделить никого из потомков (при прочих равных условиях). Но почему потомок должен быть заинтересован в благополучии своих братьев и сестер, с которыми у него половина общих генов, в то время как с самим собой у него все гены общие? Следовательно, он непропорционально озабочен собственным благополучием. Скрытый конфликт проявляется в течение всей жизни: в послеродовой депрессии, детоубийстве, инфантилизме, капризах, истериках, детской ревности и ссорах из‑за наследства.
• Секс – это не времяпровождение взрослых партнеров для взаимного удовольствия и по обоюдному согласию. Причина в том, что разный родительский вклад мужчин и женщин создает предпосылки для различных эволюционных задач. Мужчины – но не женщины – могут увеличивать свое потомство с множеством партнерш. Мужчины более склонны к изменам, чем женщины. Женщины больше рискуют остаться в одиночестве, чем мужчины. Следовательно, секс – это отражение эксплуатации, беззакония, ревности, супружеского неравенства, измен, одиночества, домогательств и изнасилований.
• Любовь – это не все, что вам нужно, и не на ней держится мир. Брак не предоставляет супружеской паре теоретическую возможность реализовать эволюционные задачи, и, соответственно, перспективу блаженства, которую мы связываем с романтической любовью, потому что генетические судьбы супругов находятся в одной упаковке, а именно – в их детях. К несчастью, задачи супругов могут не совпадать из‑за неверности, пасынков и падчериц, родственников с обеих сторон и возрастных различий, которые не случайно служат главным источником семейных ссор.
Ничего из вышесказанного не предполагает, что люди – это роботы, управляемые своими генотипами, что сложные черты характера определяются отдельными генами, что существует моральное оправдание за драку, изнасилование или измену. Это также не значит, что люди должны стремиться иметь как можно больше детей или что они невосприимчивы к влиянию культуры (примером может служить общее непонимание некоторых закономерностей эволюции). Очевидно лишь то, что значительное количество повторяющихся человеческих конфликтов проистекает из небольшого числа особенностей процесса, который сделал возможной жизнь.
Гипотеза Фаури – Раймонда
Джонатан Готтчелл
Литературовед, инструктор факультета английского языка колледжа Вашингтона и Джефферсона; автор книги The Storytelling Animal («Животные‑рассказчики »)
Я читал о гипотезе Фаури – Раймонда довольно давно, но она не производила на меня впечатления, пока я не по дрался с большим Ником. Ник – национальный гвардеец, который тренируется вместе со мной в местной академии боевых искусств. Вообще‑то у нас была тренировка, а не бой. Но Ник так силен и наносит удары с такой самоотдачей, что даже когда старается быть деликатным, вытрясает всю душу. Прозвучал гонг, мы схватились, и мои опасения быстро уступили место самообману. Что‑то тут не так. Ник, конечно, мощен, но не более техничен, чем я, и его нельзя назвать ловким в движениях или искушенным в ударах. Ник рвется вперед: джеб, кросс, джеб, кросс, хук[14]. Ник не подныривает. Ник не уклоняется. Ник рвется вперед.
Так почему мне не удается его достать? Почему мои удары безобидно скользят по его вискам и отскакивают от живота? И почему каждый раз, когда я пытаюсь уклониться и контратаковать, я натыкаюсь на кожу перчатки? Я слежу за ним сквозь размытые пятна его рук, и любой угол зрения кажется неверным, а поверхности его лица и тела – покатыми. Ничего цельного, по чему можно было бы стукнуть. И все это время он молотит по мне, нанося удары, которые я замечаю слишком поздно, – медленные тяжелые обводные.
Когда, наконец, меня спасает гонг, мы обнимаемся (парадокс – ничто не сближает мужчин больше, чем добродушный кулачный бой). С трясущейся головой, обливаясь потом, я падаю на один из складных стульев и говорю себе: «Это знак – Фаури и Раймонд правы».
Ник относится к тому типу, которого 90 % боксеров безоговорочно боятся и ненавидят. Ник – левша. Мой тренер называет это «мерзостью» и «врожденным дефектом». Здесь он солидарен с другими правшами, имеющими авторитет в боксе, которые, кажется, не шутят, когда говорят: «Всех левшей надо топить при рождении».
Как ни удивительно, в утверждении моего тренера, что левши неполноценны, есть доля истины. В мире, в котором все, от ножниц до школьных парт, предназначено для правшей, быть левшой не просто досадно – кажется, что это наносит тебе вред. Согласно ряду исследований, левши действительно подвержены повышенному риску некоторых заболеваний, таких как шизофрения, задержка умственного развития, СДВГ[15], алкоголизм и заикание.
Все это возвращает меня к Шарлотте Фаури и Мишелю Раймонду, паре французских ученых, которые изучали эволюцию левшей. Подтвердилось, что это качество отчасти наследуется и связано с серьезным риском для здоровья. Почему же тогда, удивлялись исследователи, естественный отбор сохранил этот признак? Может быть, издержки окупались скрытыми преимуществами?
Фаури и Раймонд заметили, что левши имеют преимущество в таких видах спорта, как бейсбол и фехтование, где соревнование носит характер противоборства, в отличие от гимнастики и плавания, где непосредственный контакт отсутствует. Левши непропорционально представлены среди ведущих мастеров крикета, бокса, борьбы, тенниса, бейсбола и т. д. Причина очевидна: если 90 % человечества – правши, то они обычно и соревнуются друг с другом. Когда правши сталкиваются с левшами, делающими все наоборот, у них голова идет кругом, и получается такой же результат, как в моем случае с Ником. Левши же привыкли встречаться с правшами и легко справляются с ними.
Фаури и Раймонд задумались, распространяется ли преимущество левшей в спорте, включая такие единоборства, как бокс, борьба и фехтование, на настоящее сражение, не важно, каким оружием – кулаками, дубинами или копьями? Могли ли преимущества левшей в бою компенсировать издержки, связанные со здоровьем? В 2005 году исследователи опубликовали статью, подтверждавшую существенную зависимость между насилием в доиндустриальных обществах и количеством левшей: чем больше насилия, тем больше левшей. В наиболее агрессивном обществе среди изученных – племени эйпо в горах Новой Гвинеи – левши составляли почти 30 %[16].
Что делает научное объяснение красивым? Общие качества, такие как краткость, конечно, играют роль, но перевешивают особенности личного вкуса. Почему я нахожу привлекательной гипотезу Фаури – Раймонда? Отчасти потому, что это была почти безрассудно фантастическая идея, подтвержденная, однако, полученными данными. Но главное, потому что в прошлом году ее неоспоримую правоту вбил мне в голову молодой военнослужащий.
Это не означает – я приношу извинения Китсу, – что красота и правда синонимы. Иногда простота оказывается скучной и примитивной. Многие превосходные объяснения, которыми мы восхищаемся, оборачиваются безжизненной фальшивкой. Т. Г. Гексли называл это трагедией науки: «Уродливые факты убивают красивые гипотезы». Проверке гипотезы Фаури – Раймонда было посвящено множество исследований. Результаты оказались спорными, но открылись факты, на мой вкус, однозначно уродливые. Недавнее впечатляющее исследование не обнаружило доказательств того, что левши непропорционально представлены в племени эйпо в горах Новой Гвинеи[17].
Жалко отказываться от полюбившейся идеи, запечатлевшейся в сознании благодаря жизненному опыту, а не статистическим данным, про которую знаешь , что она правдива. И я пока не готов похоронить ее в некрополе красивой, но мертвой науки. Фаури и Раймонд привлекли спортивные результаты, чтобы подкрепить свой основной сюжет о сражениях. Но мне кажется, что спортивные результаты – это и есть главная тема. Гены левшей могли сохраниться благодаря преимуществу в игровых , а не настоящих сражениях – возможность, которую Фаури и Раймонд допускают в своей последней статье[18]. Спортивные состязания занимают важное место в различных культурах. Во всем мире спорт – в основном мужское занятие, и победители – от капитанов футбольных команд до традиционных африканских борцов, индейских бегунов и игроков в лакросс – приобретают больше чем простой лавровый венок. Они повышают свое общественное положение, вызывают восхищение у мужчин и влечение у женщин (исследование подтверждает стереотип – спортивные мужчины пользуются успехом у дам). Это открывает широкие возможности… По‑видимому, формирование нашего вида в большей степени, чем мы полагаем, обязано выживанию своих самых спортивных представителей.
Групповая поляризация
Дэвид Дж. Майерс
Профессор психологии Хоуп‑колледжа; автор книги Psychology («Психология »)
Сорок пять лет назад несколько групп социальных психологов решили выяснить, насколько люди готовы идти на риск. Например, каковы шансы начинающего писателя, решившего отказаться от постоянного дохода и попытаться написать серьезный роман? К всеобщему удивлению, оказалось, что тут очень большую, стимулирующую роль играют групповые обсуждения. Это породило волну спекуляций о принятии рискованных решений присяжными, советами директоров и военными. Однако другие исследования показали, что групповые обсуждения увеличивают осмотрительность. (Должен ли молодой женатый отец двух детей вкладывать свои сбережения в игру на бирже?) Проблема, что же на самом деле увеличивает групповое обсуждение, – склонность к риску или осторожность, получила глубокое, простое и элегантное решение: групповое обсуждение увеличивает первоначальную предрасположенность людей . Это явление групповой поляризации неоднократно подтверждалось. В одном из исследований студентов разделили на отдельные группы – предвзятых и непредвзятых – и попросили высказаться до и после обсуждения по расовым вопросам, таким как равные права на частную собственность. Дискуссия со сверстниками‑единомышленниками увеличила разрыв во мнениях между группами предубежденных и непредубежденных студентов.
В наши дни самоизоляция родственных душ – обычное явление. С увеличением свободы передвижения консервативные общины привлекают жителей, настроенных консервативно, а прогрессивные – прогрессивно. Публицист Билл Бишоп и социолог Роберт Кашинг сообщают, что процент округов, где более 60 % избирателей голосует за одного из кандидатов в президенты, почти удвоился с 1976 по 2008 год[19]. А когда соседи разделяют ваши политические взгляды, это приводит к увеличению поляризации, что и продемонстрировал Дэвид Шкейд с коллегами из Калифорнийского университета в Сан‑Диего. Он собрал группы жителей двух городов штата Колорадо: либерального Боулдера и консервативного Колорадо‑Спрингс. Совместное обсуждение изменения климата, мер против дискриминации и однополых браков сместило мнение жителей Боулдера дальше влево, а жителей Колорадо‑Спрингс – дальше вправо.
Ярким проявлением поляризации групп служит терроризм. Практически никогда он не возникает на пустом месте, как одиночный акт. Напротив, побуждение к терроризму растет среди людей, которых объединяет общее недовольство. В отсутствие сдерживающих факторов групповое взаимодействие превращается в усилитель социальных стремлений. Интернет предоставляет дополнительные возможности для единомышленников – пацифистов и неонацистов, фанатов и готов, тайных аферистов и победивших рак больных – находить друг друга и обмениваться мнениями. Связанные социальной сетью, «одного поля ягоды» находят общие интересы, позиции, и предубеждения растут.
Следовательно, одно из элегантных и социально значимых объяснений возникновения различных убеждений выглядит просто: мнение‑обособление + обсуждение o поляризация.
Уравнение Прайса
Арман Мари Леруа
Профессор Имперского колледжа Лондона, эволюционист; автор книги Mutants: On Genetic Variety and the Human Body («Мутанты. О генетической изменчивости и человеческом теле ». М., Corpus, 2010)
Каждый раз, когда мы видим высокоорганизованную структуру, будь то ребенок, симфония, научная статья, корпорация, правительство или галактика, мы задаем себе вопрос: как возникла эта упорядоченность? Одно из объяснений, хотя и достаточно отвлеченное, состоит в том, что это результат изменчивости и отбора. Я подразумеваю любой процесс, возникший в виде множества вариантов, большинство из которых гибнет (рассеивается, разрушается или выкидывается в мусорную корзину), и остаются лишь немногие достаточно приспособленные (сильные, привлекательные или устойчивые), чтобы выжить. Самый известный пример такого процесса, конечно, происхождение органических форм путем естественного отбора. Сейчас общепризнано, что человеческая культура – результат подобного процесса, но, как подсказывают приведенные выше примеры, изменчивость и отбор можно обнаружить где угодно, если знать, что искать.
Многие разделяют эту идею, но никто не сделал из нее таких глубоких выводов, как Джордж Прайс, американец, живший в Лондоне и в 1970 году опубликовавший уравнение, описывающее процессы изменчивости и отбора всех типов[20]. Уравнение Прайса – мой выбор в качестве самого простого, глубокого и элегантного объяснения. Это уравнение может описывать, помимо всего прочего , настройку шкалы радиоприемника, кинетику химических реакций, влияние младенческой смертности на средний вес новорожденных, причину, по которой мы живем именно в этой Вселенной (если предположить, что существуют другие). Но меня по‑настоящему привлекает не уравнение 1970 года, а его расширенный вариант, опубликованный двумя годами позже[21].
Одна из особенностей принципа изменчивости и отбора состоит в том, что отбор может осуществляться на множестве различных уровней. Музыка – очевидный результат этого процесса. Композитор сидит за фортепьяно, размышляет и выбирает нужные из бесконечного количества нот, аккордов и тем. Взгляните на рукописи партитур Бетховена (хороший пример – Крейцерова соната) – они все исчерканы его исправлениями. В 1996 году Брайан Ино остроумно довел этот процесс до логического завершения, выпустив записанную с помощью программного обеспечения Koan компании SSEYO коллекцию разнообразных музыкальных фрагментов, которую назвал «генеративной музыкой».
Но музыка в наших айподах, конечно, не только результат отбора, проведенного композитором, продюсером, исполнителем и т. д., но и нашего собственного выбора. В качестве индивидуальных потребителей мы тоже представляем собой фактор отбора и, следовательно, созидательную силу. И мы не только индивидуальности, но и члены социальных групп. Исследования показывают, что если нам известно, какую музыку слушают окружающие нас люди, то мы готовы изменить (если не целиком отбросить) свои эстетические предпочтения и следовать за большинством. Это явление объясняет, почему так трудно предсказать, какая композиция станет хитом. Таким образом, композиторы, потребители и группы потребителей совместно формируют музыкальный мир. Умберто Эко пришел примерно к тому же выводу в Opera Aperta («Открытое произведение») еще в 1962 году. Конечно, как литературный критик Эко мог только привлечь внимание к проблеме. А Джордж Прайс ее решил.
В 1972 году Прайс расширил свое общее уравнение изменчивости и отбора, допустив многоуровневый отбор. Этот вариант уравнения позволил эволюционным биологам проследить, например, взаимосвязь между родственным и групповым отборами и разрешить бесконечные противоречия, возникавшие вследствие несовместимых математических разработок. Уравнение пока не применялось к эволюции культуры, но все еще впереди. Однако значение расширенного уравнения Прайса выходит за рамки даже таких исследований. Оно разрубает один из гордиевых узлов, который ученые долго не могли развязать.
Это проблема сводимости. Может ли поведение системы быть понято – сведено – к поведению ее составляющих? Этот вопрос, в той или иной форме, пронизывает всю науку. Системные биологи против биохимиков, когнитивные психологи против нейробиологов, Даркхейм против Бентама, Гулд против Докинза, Аристотель против Демокрита – пропасть (гносеологическая, онтологическая и методологическая) между позициями холистов и редукционистов служит причиной многих крупнейших научных разногласий. При этом она же – источник движения вперед, когда одно положение отвергается в пользу другого. В самом деле, исследовательские программы холистов и редукционистов часто существуют бок о бок, сохраняя вынужденное перемирие (вспомните любую биологическую научную организацию). Но когда перемирие заканчивается, что бывает довольно часто, открываются военные действия и становится ясно – нужно рационально разделить творческие силы, действующие на разных уровнях.
Это и сделал Прайс. Его формула описывает изменчивость и отбор, но если вдуматься, то большинство упорядоченных систем основаны на изменчивости и отборе. Возвращаясь к музыке – кто определяет ее облик? Поклонники Бетховена, настраивающие свои MID‑файлы[22]? Массовые предпочтения публики? Я думаю, уравнение Прайса может это объяснить. Оно наверняка содержит какое‑то объяснение.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 183; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!