Универсальные законы Ньютона и мой дом

В 1975 году я решил построить свой дом (возможно, недостаточно основательно все обдумав) и построил. Заметьте, я не сказал “решил, чтобы мне построили дом”, хотя, вероятно, результат был бы лучше. Несколько лет я служил объектом шуток, потому что мяч, положенный на пол в гостиной, без посторонней помощи катился через столовую на кухню. Аналогичное явление наблюдалось на кухонной столешнице. Те люди, кому не давали покоя не совсем прямые линии, также комментировали окна на фасаде. Физику мой дом пришелся бы по вкусу, поскольку наглядно иллюстрировал законы движения Ньютона и некоторые принципы теории хаоса. Кроме того, физик мог бы посмеяться, что дом определенно построен специалистом по биологическим наукам, кем-то, кто чувствует себя комфортно с неточными измерениями, уж точно не инженером.

Прежде всего, мой дом демонстрировал базовый принцип экспериментальной науки: ни одно реальное измерение не может быть бесконечно точным, измеренная величина всегда содержит в себе некую степень неопределенности — пространство для маневра. Эта неопределенность объясняется тем, что точность любого измерительного прибора, какой бы мы ни использовали, конечна, а значит, он обладает погрешностью, которую никогда нельзя окончательно устранить, даже в теории. Более того, в некоторых случаях сам процесс измерения может изменить измеряемую величину. Физики знают это, но не любят. Вот почему они продолжают изобретать все более и более точные измерительные приборы, и мне следовало бы использовать таких побольше. Признаю, при постройке моего дома изначально присутствовали некоторые неточные измерения. Физики тут согласились бы, что, как ни досадно, этого, разумеется, следовало ожидать, но мой зять, работающий в подрядной организации, закатил бы глаза. И так же поступил бы Исаак Ньютон, ведь из-за этого ученого XVII века физики примерно два столетия верили, что измерить истинное значение величины в конце концов будет возможно — и тогда все четко встанет на свои места. Подставьте число в уравнение, и вы всегда получите в итоге один и тот же ответ.

Ньютон не был лодырем в студенческие годы. Когда он учился в Кембриджском университете, в городе началась эпидемия чумы, поэтому занятия прервали на два года. Вместо того чтобы сидеть у камина, читать новеллы (скажем, Чосера), играть в бильярд и потягивать пиво, дабы скоротать время, пока университет снова не откроют, он читал труды Галилея и Кеплера и изобрел дифференциальное и интегральное исчисление. И очень кстати, поскольку оно пригодилось несколько лет спустя. Итальянский астроном Галилео Галилей, умерший в 1642 году, почти за год до рождения Ньютона, не сидел сложа руки, рассуждая о том, как, по его мнению, устроена вселенная (образ действий Платона), а решил подкрепить свои идеи и наблюдения измерениями и математикой. Именно Галилею пришла в голову мысль, что тела сохраняют свою скорость и прямолинейную траекторию до тех пор, пока на них не подействует сила (нередко — сила трения). Это противоречило предположению Аристотеля, согласно которому тела естественным образом замедляются и останавливаются, если только какая-то сила не вынудит их продолжить движение. Галилей также сформулировал понятие инерции (естественной сопротивляемости тела изменению своего движения) и установил, что трение относится к категории сил.

Ньютон собрал все эти идеи вместе и выстроил одну стройную теорию. Тщательно проверив экспериментальные наблюдения и данные Галилея, он записал его законы движения в виде алгебраических уравнений и понял, что они описывают также наблюдения Кеплера за движением планет. Это не приходило в голову Галилею. Ньютон пришел к убеждению, что физическая материя вселенной (то есть все вообще) функционирует в соответствии с рядом непреложных познаваемых законов — математических зависимостей, которые он только что кратко записал. Три его закона движения, которые управляют поведением мячей в моей гостиной, выдержали испытание более чем трех столетий проведения экспериментов и применения на практике, во всем — от часов до небоскребов. Однако Ньютон своими законами потряс весь мир, а не только священные залы физики. Как, спросите вы, кто-то, возившийся с дифференциальным и интегральным исчислением, данными Галилея и яблоками, наделал столько шума? Если вы похожи на меня, уроки физики никогда особенно не повергали вас в экзистенциальный кризис.

Детерминизм

Если за ужином поднять тему детерминизма, скорее всего, тут же вспомнят про Ньютона с его универсальными законами, хотя эта идея существовала со времен любознательных греков. Ньютон свел тайны вселенной к набору математических формул. Если вселенная подчиняется системе жестких законов, что ж, значит, все предопределено с самого начала. Как я уже говорил, детерминизм — это философское учение, согласно которому все нынешние и будущие события и действия, включая мысли, решения и поступки человека, причинно обусловлены предшествующими событиями в сочетании с законами природы. Из этого следует, что каждое событие, действие и так далее предопределено и теоретически может быть заранее предсказано, если все параметры известны. Законы Ньютона работают и в обратную сторону. Это означает, что время не имеет направления. Поэтому вы можете также узнать о прошлом чего-либо, смотря на текущее состояние. (Некоторые серьезные философы и физики считают, что времени как такового не существует, как будто вопросы свободы воли и детерминизма для них недостаточно зубодробительны. Их аргумент — оно тоже иллюзия. И все это разыгрывается на феноменологическом фоне, где люди чувствуют себя свободными в реальном времени!) Детерминисты верят, что вселенная и все в ней полностью подчиняется закону причинности. Их левополушарные интерпретаторы взбесились? После того как мы еще немного углубимся в физику, мы вернемся к идее причинной обусловленности.

Сегодня практически все знакомы с последствиями этой идеи. Если вселенная и все в ней подчиняется предопределенным законам, тогда это, по-видимому, означает, что отдельные люди не несут личной ответственности за свои поступки. Давай, съешь торт “Шоколадная смерть”, он был предназначен тебе около двух миллиардов лет назад. Списываешь на экзамене? Ты не можешь ничего сделать — продолжай. Не ладится с мужем? Подсыпь ему яду и скажи, что вселенная вынудила тебя это сделать. Вот что вызвало такой переполох, когда Ньютон изложил свои универсальные законы. Я называю это унылой точкой зрения, но многие ученые и детерминисты считают, что так все и обстоит на самом деле. Остальные просто в это не верят. Заявления за обеденным столом “Вселенная заставила меня купить это платье!”[21]или “Вселенная заставила меня приобрести автомобиль Porsche Boxster!” вряд ли заслужат одобрение. Но если бы мы были последовательными специалистами по нейронаукам, разве подобные фразы не должны были бы казаться нам нормальными?

Мир, придуманный задним числом?

Мы рады, что наши тела работают без сбоев, поскольку обслуживаются автоматическими системами, которые подчиняются детерминистическим законам. К счастью, мы не должны осознанно переваривать пищу, заставлять сердце биться, а легкие — насыщать кровь кислородом. Тем не менее нам не нравится думать, что наши мысли и поступки бессознательны и подчиняются ряду предопределенных законов. Однако факт остается фактом (и вы можете проверить это экспериментально): действие завершено, выполнено, кончено еще до того, как ваш мозг его осознал. Система интерпретации вашего левого полушария отодвигает момент осознания назад во времени, чтобы объяснить причину действия. Интерпретатор постоянно задает вопрос “Почему?” и отвечает на него. Собственно, Хакван Лау, сейчас работающий уже в Колумбийском университете, разобрался с этим ошибочным восприятием временной привязки в мозге. Он решил доказать (или опровергнуть) иллюзорность (или, наоборот, реальность) сознательного контроля над поступками, используя метод транскраниальной магнитной стимуляции.

Название метода отражает то, как он работает. Снаружи головы размещают катушку индуктивности, заключенную в пластиковый корпус. Когда через нее пропускают электрический ток, возникает магнитное поле, которое проникает через кости черепа и индуцирует в мозге ток, локально активирующий нервные клетки. Так можно стимулировать определенные клетки или конкретную область целиком, а значит, изучать функций и связи разных частей мозга. Можно также снизить активность какой-то части мозга и исследовать, что делает определенная зона, когда она отключена от процессов других областей. Так называемая дополнительная моторная область лобной доли коры участвует в планировании моторных действий, которые представляют собой последовательность движений, совершаемых по памяти, скажем, исполнение заученной прелюдии на фортепиано. Часть дополнительной моторной области (pre-SMA) связана с овладением новыми последовательностями действий. Благодаря работам других исследователей Лау знал, что стимуляция медиальной фронтальной коры вызывает желание двигаться2, а при ее повреждении макаки перестают совершать движения по собственной инициативе3. Ранее он обнаружил, что эта область активируется, когда испытуемый производит действия по собственному выбору4. Итак, Лау интересовала область pre-SMA, и он установил следующее. Когда методом транскраниальной магнитной стимуляции воздействуют на эту зону после того, как человек выполнил произвольное действие, воспринимаемый момент зарождения намерения что-то сделать — тот момент, когда вы осознали, что собираетесь совершить действие, — отодвигается назад по времени на временнóй карте[22], а воспринимаемый момент самого действия — тот, когда вы понимаете, что действуете, — перемещается вперед по времени5. Я считаю, что Лау, по сути, подловил модуль интерпретации.

Хотя мысль о том, что существует временнáя карта, на которую наносятся намерения и действия, но необязательно так, как они возникали и происходили в действительности, кажется безумной, это все время с вами происходит. Представьте, что ударили себя молотком по пальцу и отдернули руку. Вы объясняете это так: вы попали себе по пальцу, стало больно, и вы отдернули руку. На самом же деле вы отдергиваете руку до того, как начинаете чувствовать боль. Восприятие боли, или ее осознание, занимает у вас несколько секунд, а палец уже давным-давно в безопасном месте. Произошло вот что: болевые рецепторы пальца послали сигнал по нерву в спинной мозг, который тут же отправил ответный сигнал по двигательным нервам обратно к пальцу, вызывая сокращение мышц и отдергивание руки без участия головного мозга, рефлекторно. Сначала происходит движение. Сигнал от болевых рецепторов посылается также и в головной мозг. Но только после того, как он обработает этот сигнал и истолкует его как боль, вы начнете осознавать ее. Осознание требует времени, и ваш палец переместило не осознание боли с последующим сознательным решением что-то сделать: отдергивание руки было рефлекторным и произошло автоматически. Сигнал, который обеспечивает восприятие боли, порождается в мозге после ушиба и направляется к пальцу, но тот уже переместился. Ваш интерпретатор должен объединить все наблюдаемые явления (боль и отдернутая рука) в одну правдоподобную историю, отвечающую на вопрос “Почему?”. Вариант, согласно которому вы отдернули руку из-за боли, имеет смысл, так что интерпретатор просто искажает хронологию событий. Иными словами, он создает историю, которая согласуется с приятной мыслью, будто вы сами захотели совершить это движение.

Вера в то, что мы обладаем свободой воли, пронизывает нашу культуру и подкрепляется тем обстоятельством, что люди и общества ведут себя лучше, когда так думают. Ограничивает ли вера, то есть психическое состояние, мозг? Профессора психологии Кэтлин Вохс из Карлсоновской школы менеджмента в Миннесоте и Джонатан Скулер6 из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре провели остроумный эксперимент, который показал, что люди поступают лучше, когда верят, что у них есть свобода воли. В рамках одного масштабного соцопроса в 36 странах более 70% людей согласились с утверждением, что их жизнь находится в их собственных руках, а другие исследования показали, что изменение чувства ответственности человека может повлиять на его поведение7. Вохс и Скулер взялись выяснить опытным путем, работают ли люди лучше, если верят, что действуют свободно. Студентам колледжа дали прочесть отрывок из книги Фрэнсиса Крика “Поразительная гипотеза” с детерминистским уклоном, а затем предложили пройти тест на компьютере. Им сказали, что программа дала сбой и поэтому ответ на каждый вопрос будет высвечиваться на экране автоматически. Чтобы этого не происходило, они должны были нажимать на одну из клавиш, и их попросили так и делать. Следовательно, чтобы не жульничать, им нужно было прилагать дополнительные усилия. Другая группа студентов читала жизнеутверждающую книгу, поднимающую настроение, после чего проходила такой же тест. Что же показало исследование? Студенты, прочитавшие текст о детерминизме, обманывали, а те, кто прочитал оптимистический отрывок, — нет. В общем, одно психическое состояние влияло на другое. Вохс и Скулер предположили, что отрицание свободы воли как бы намекает, что прилагать усилия бесполезно, а значит, дарует разрешение и не беспокоиться о своем поведении.

Люди предпочитают не волноваться, поскольку беспокойство — в форме самоконтроля — требует старания и расходует энергию8. В дальнейших исследованиях этой темы специалисты по социальной психологии Университета штата Флорида Рой Баумейстер, Э.Дж. Масикампо и Натан Деволл показали, что чтение текстов детерминистического характера усиливает склонность испытуемых вести себя агрессивно и уменьшает стремление помогать другим9. Они полагают, что вера в свободу воли критически важна для того, чтобы побуждать людей контролировать свои непроизвольные порывы, заставляющие вести себя эгоистично, ведь для преодоления эгоистичных импульсов и сдерживания агрессивных требуется значительная выдержка и много психической энергии. Психическое состояние, поддерживающее представление о добровольных поступках, влияет на последующий выбор действий. Похоже, мы не просто верим, что контролируем свое поведение, но нам всем полезно так думать.

Однако в академическом мире понятие свободы воли на протяжении последних нескольких столетий подвергалось нападкам со стороны детерминистов. В XVI веке Николай Коперник перевернул все с ног на голову, заявив, что Земля — не центр Вселенной, а за ним, как мы знаем, следовали Галилей и Ньютон. Позже Рене Декарт (хотя он в большей мере знаменит из-за своей дуалистической позиции) предположил, что функции организма подчиняются биологическим правилам, Чарльз Дарвин выдвинул свою эволюционную теорию естественного отбора, а Зигмунд Фрейд сформулировал учение о бессознательном. Эти идеи, взятые вместе, подчеркивали непреложность законов природы, и Эйнштейн, казалось, увенчал их своей теорией относительности и верой в жестко детерминированную вселенную. Однако, как будто всего этого было недостаточно, появились нейронауки, всевозможные открытия которых продолжают указывать нам в том же направлении. Основополагающее утверждение заключается в том, что свободная воля — просто красивые слова. И как только вы подумаете, что место зарождения подобных идей — это факультет физиков (в конце концов, именно они нас в это впутали), они покачают головами и увильнут через черный ход вместе со многими биологами, социологами и экономистами. За столом непреклонного детерминизма останутся сидеть только нейробиологи и Ричард Докинз, которому принадлежат такие слова: “Но разве истинно научный, механистический взгляд на нервную систему не делает бессмысленной саму идею ответственности?”10 Что случилось? Почему стандартное понимание детерминизма, о котором пишут в учебниках, оказалось в беде?