2. Становище людини
Фізика забезпечує один тип розуміння. Є й інші.
2.1. Вступ
Людина намагається зрозуміти світ, у якому ми живемо, принаймні п'ять тисяч років. Усталене обертання небес і нерівномірніші, але все ж передбачні, рухи планет спонукають нас думати, що іншими аспектами природи можуть керувати непорушні закони. З плином часу наші знання про світ поглиблювалися, а також набували математичнішого характеру. Розуміння того, чому математика має таку глибоку застосованість, – стійка загадка, яку ми детально обговоримо в розділі 3.
Ті, хто вирішить присвятити свою кар’єру математиці чи фізиці, зокрема, ймовірно, випустять з уваги, що більшість аспектів нашого соціального та етичного світів повністю не непіддатлива математичному аналізові. Це може призвести таких людей до редукціоністської картини реальності, у якій соціальний та етичний світи – лише запізнілі другорядні питання. У цьому розділі ми виступаємо за плюралістичніше бачення світу, виходячи з того, що ми не можемо усвідомити власний досвід будь-яким іншим способом, хоч би яким насправді був сам світ.
Математики та фізики аж ніяк не унікальні в тому, щоб бачити світ через окуляри своїх власних дисциплін. Політики, богослови та інші проявляють подібну поведінку. Філософи науки схильні проводити повторний аналіз старих питань з дедалі більшою деталізацією, ігноруючи нові проблеми, що гостро потребують їхньої уваги. Науковці, з іншого боку, часто не усвідомлюють, що їхній "здоровий реалізм" – це філософська позиція, і що врегулювання різноманітних серйозних зауважень до неї не мале завдання. Розв’язання цих проблем передбачає серйозну взаємодію з тим, що думає інша сторона, але для цього потрібен час і зусилля, які мало хто готовий докладати.
У цьому розділі подано низку аргументів, які разом наголошують на тому, що логічно прямолінійний, редукціоністський виклад реальності не може дати нам змоги сказати все, що ми хочемо. Редукціонізм, означений нижче, був надзвичайно успішною науковою методологією, чиї тріумфи аж ніяк не закінчені, але це не означає, що це єдино правильний спосіб дивитися на світ. Насправді багатство нашого досвіду та культури значною мірою залежить від різноманітності різних перспектив, необхідних у різних контекстах.
Простіше описати обмеження редукціоністської методології, ніж запропонувати альтернативу, що не перебуває в очевидному конфлікті з сучасним науковим розумінням. Відмінну спробу зробив Едвард Слінгерленд (Edward Slingerland), чия обізнаність охоплює давньокитайську культуру, релігію та філософію.[1] Викладений тут плюралістичний розв’язок має багато спільного з його ідеями.
Почнемо зі спостереження:
Людська поведінка не завжди підкоряється диктатові спрощених логічних моделей, і не повинна.
Нижчевказана гра показує, як важко відокремити «прості» логічні проблеми від людської психології. Подібні головокрутки викликають дедалі більший інтерес серед економістів через їх повторюване спостереження, що економічна поведінка людей не підпорядковується диктатові гіпотези «ефективного ринку». Це останнім часом привело до появи дисципліни, яку називають економічною психологією.
Двоє незнайомців у казино грають у гру, в якій переможець отримує виграш розміром 100 доларів, але жоден гравець не отримує своїх попередніх платежів у казино. Вони по черзі додають до своїх загальних платежів, спочатку нульових. Особа з вищою сумою платежу виграє, коли інша особа відмовляється додавати більше грошей. Якщо вони зупиняються з рівними загальними платежами, обоє програють.
Одна з можливостей полягає в тому, що гравець A вкладає $ 1, а інший відмовляється грати, і тоді гравець A виграє 99 доларів. Але якщо гравець B покладе $ 2, а гравець A зупиниться, гравець A втрачає $ 1, тоді як гравець B виграє 98 доларів. Якщо обоє гравців продовжують гру, загальний внесок кожного зростає. Скорочу аналіз, припустимо, що гравець A вклав 90 доларів, а гравець B – 99. Мабуть, логічно гравцеві А вкласти додаткові 10 доларів, щоб закінчити беззбитково, замість того щоб втратити 90 доларів. Але тоді гравцеві B логічно вкласти додаткові $ 2, щоб він міг втратити лише 1 долар замість 99. Гра може тривати, а кожен гравець дедалі більше втрачатиме продовжуючи.
Тепер припустимо, що на початку гри гравець A усвідомлює проблему і вкладає 99 доларів у свій перший хід, сподіваючись, що гравець B зрозуміє, що він не зможе нічого виграти в грі, і, можливо, багато втратить, якщо вступить у змагання. Однак, можливо, Б враз не злюбив А і вирішив покласти 100 доларів, хоча він нічого не отримує з цього, тільки тому, що А втрачає 99 доларів. Роздратований цією дією A цілком може відповісти тим же.
Якщо гру грають кілька разів, є інша можливість. Обоє гравців можуть усвідомити, що вони повинні по черзі ставити $ 1, тоді як інший нічого не ставить. Тоді вони по черзі виходять з баришем 99 доларів. Але чи повинен Б відповідати «покаранням» A, якщо A не співпрацює? Як насправді він покарав би А, не караючи одночасно себе такою ж мірою?
Ниціша можливість полягає в тому, що один з гравців перебуває в таємній змові з власником казино і може свідомо заохочувати іншого «покарати» його, бо це збільшує прибуток казино.
З усіх цих міркувань ми бачимо, що трактування гри як чисто логічної загадки накладає структуру, яка відображає лише деякі проблеми, що можуть бути залучені; не дивно що ті, якими нехтують, нелегко розглядати науково. У реальних ситуаціях люди карають інших за те, що вони вважають антисоціальною поведінкою, навіть коли це особисто не вигідно. Це одна з форм альтруїстичної поведінки, яка дає користь громаді, але не причетній особі. Іноді її називають ірраціональною, але вона допомагає підтримувати структуру нашого суспільства і це частина того, що робить нас людьми. Або, кажучи інакше, раціональність не слід плутати з поведінкою, яка повністю корислива.
Звернімося до поняття причини та наслідку, яке було прокляттям філософів з часів, коли Дейвід Г’юм розкрив логічні проблеми, пов'язані з цією концепцією у XVIII ст. Я не буду про це писати детально.[2] Досить сказати, що незмінний зв’язок між двома явищами в минулому не означає, що цей зв’язок триватиме і надалі. Насправді рідкісні, на щастя, виверження супервулкану свідчать про те, що раптове зникнення людської цивілізації – реальна можливість. Ми припускаємо, що закони природи непорушні, але все, що ми знаємо, це те, що вони не змінилися істотно протягом останніх тринадцяти мільярдів років.
Г’юм не перший задумався про причину та наслідки. У четвертому столітті до н.е. Арістотель розподілив причини за чотирма типами, які зручно пояснювати, покликаючись на приклад горщика:
• Матеріальна причина горщика – глина, з якої він виготовлений;
• формальна причина – опис його форми;
• дієва причина – процес, завдяки якому гончар зробив його;
• кінцева причина/мета – підстава, з якої його зроблено, наприклад, щоб тримати зерно.
Ці причини мали велике значення в схоластичній філософії, але не випадково наукова революція в XVII столітті збіглася з відмовою від поняття кінцевих причин. Особою, що найсильніше асоціювалася з цим, був Декарт. Його механістична філософія виключала кінцеві причини з фізики, астрономії, анатомії та навіть розумових процесів, за винятком лише проявів наших раціональних здібностей. 1859 р. Дарвінова теорія еволюції усунула кінцеві причини з усієї галузі біології одним махом. Ототожніть "кінцеву причину" з "Богом" і буде зрозуміло, чому Декартова, а пізніше і Дарвінова теорії наразилися на такий опір.
Існує величезна філософська література про поняття причиновості, і, мабуть, справедливо буде сказати, що розв’язання розбіжностей між причетними, неможливе. Неможливо стиснути сотні статтей з цього приводу до кількох сторінок, але нижчевказані приклади ілюструють кілька проблем. Такі приклади спонукали деяких філософів оголосити причиновість непослідовним, а інших називати її примітивним поняттям, що не піддається аналізові. Ще один широко підтримуваний аргумент полягає в тому, що використання слова причиновість залежне від контексту. Доки не зроблено вибір основних фактів, які слід вважати незмінними, не можна вирішити, чи слід вважати одну подію причиною іншої – єдине, що ототожнює одну подію як "справжню" причину, а не іншу, – це наш інтерес, навіть якщо майже в усіх, імовірно, буде однаковий інтерес у деяких випадках. Пошуки абсолютної, об'єктивної теорії причиновості можуть бути симптомом спроби застосувати парадигму фізики до контексту, в якому вона недоречна.
Ось кілька прикладів подій, які потрібно було б пояснити будь-якою загальною теорією причиновості:
• Сонячний опік може бути викликаний ультрафіолетовим промінням, яке випускає Сонце. Це здається таким наочним прикладом причини та наслідку, як тільки можна собі уявити, але в дальшому розділі ми побачимо, що деякі фізики заперечують, що поняття причиновості відіграє будь-яку роль у фізиці. Хоча для цього є певні підстави, незрозуміло, як можна було б дати корисне або вірогідне пояснення сонячного опіку, не згадуючи причину та наслідок.
• Розгляньте зіткнення між потягом та автомобілем, який зламався на переїзді. Більшість людей сказала б, що автомобіль – причина зіткнення, навіть якщо він нерухомий. Це слушно, якщо вони розглядають регулярний проїзд поїзда залізничною колією як частину фонового контексту.
• Несущі сутності можуть бути причиною того, що відбувається.
Коли Джил приїхала на вокзал, вона виявила, що в цей день не було жодного поїзда, і це схилило її поїхати до місця призначення.
У цьому випадку контекст – це рішучість Джил дістатися до місця призначення, яка передувала виявленню, що немає поїздів.
• У людських взаємодіях може стати майже неможливим відмежувати причини від наслідків. Наприклад, у суперечці між подружньою парою кожен може по-справжньому вірити, що власні коментарі – це реакції на провокації з боку іншого. Часто безглуздо слухати хвилини обмінів, бо вони залежать від глибших питань – нездатності кожної особи прийти до компромісу з причин, які вони нездатні сформулювати і що можуть мати довгу історію.
• Статистикам добре відомо, що наявність позитивної кореляції між двома типами подій не означає, що якась спричиняє іншу. Наприклад, існує позитивна кореляція між рішенням не стригти волосся і вагітністю, але жодна з цих обставин не спричиняє іншу. Цей зв’язок лише ймовірнісний в обох випадках, але обидва пов'язані з буттям жінки. З іншого боку, ми вважаємо, що зв’язок між вживанням антибіотиків та одужанням від бактеріальних інфекцій причинновий через істотне зменшення смертності серед тих, хто їх отримував саме з цієї причини. Медичні статистики змушені визнати, що вживання плацебо може мати позитивний вплив на здоров'я, але не тому, що воно містить будь-які активні компоненти. Тепер уже встановлено, що віра в одужання допомагає його досягти!
Хоч би що хто думав про поняття множинних і кінцевих причин, обидві регулярно використовуються у звичайному мовленні. Дальша цитата типова для багатьох популярних статтей, написаних біологами та фізиками.
Джордж Еліс – космолог Кейптаунського університету; активний квакер, він отримав Темплтонівську премію 2004 року. Його праця «Наука і реальний світ», написана 2005 року, надає широкий спектр аргументів на підтримку поняття множинної причиновості у фізиці. Ось його відповідь на питання "чому літає літак?"
У термінах знизу-вгору: це відбувається тому, що, зіштовхуючись з крилом, молекули повітря знизу рухаються повільніше, створюючи вищий тиск, аніж швидші молекул згори, тощо.
У термінах того ж рівня пояснення: він літає, бо пілот керує ним, після значного процесу навчання та випробувань, розвинувши необхідні навички, тощо.
У термінах пояснення згори-вниз: він літає, бо призначений для польоту! Це зробила команда інженерів, що працювали в історичному контексті розвитку металургії, горіння, змащення тощо.
Вони дещо аналогічні до арістотелівської формальної, дієвої та кінцевої причин, відповідно. Практично будь-які дії людини, що передбачають планування, можна проаналізувати таким способом.
Ідея про те, що подія може мати кілька причин, однаково справедливих з різних поглядів, є форма плюралізму [3], що не слід плутати з культурним релятивізмом. Останній часто характеризують як (абсурдне) твердження про те, що всі переконання всіх культурних груп однаково справедливі, належні до певного періоду. Усунення множинної причиновості було такою успішною стратегією у фізичних науках, що для її відновлення потрібно мати дуже хороші підстави. У дальших розділах ми покажемо, що не можна уникнути покликання на кінцеві причини в певних контекстах, і питання полягає не в тому, чи мають вони якусь релевантність, а коли саме вони її мають. Якщо якесь явище досить просте, що існує лише один корисний спосіб дивитися на нього, то слід очікувати, що існує лише один спосіб застосувати до нього поняття причини та наслідку. У складніших ситуаціях, до яких належить більшість тих, з якими ми стикаємося у звичайному житті, подія може мати кілька однаково придатних пояснень.
Існує незаперечна напруженість між плюралізмом і тим, що називається онтологією, вивченням первинної природи реальності. Кант стверджував, що ми маємо надію зрозуміти останню, бо на наше сприйняття світу так сильно впливає наша людська природа. Незалежно від цього, цілком правомірно цікавитися тим, що ми можемо знати про світ, враховуючи наш обмежений інтелект, як і тим, який первинно є сам світ.
Плюралізм, як він обстоюваний у цій книжці, нічого не припускає про те, який є сам світ. Скоріше, це твердження, що нам, як людям, потрібні численні, залежні від контексту погляди, щоб зрозуміти світ якнайкраще.
Для тих, хто не любить слово плюралізм, альтернатива – твердження про те, що може бути два, а то й більше, однаково справедливих та доповняльних описів одного і того ж явища. Така ідея має особливе значення в квантовій теорії, в якій корпускулярно-хвильова доповняльність була визначальна від найперших днів цього предмета. Імовірно, це тому, що квантові явища такі далекі від нашого звичайного досвіду світу.
Ідея про те, що горщики мають кінцеві причини, не особливо суперечлива, тому що горщики створили люди, і ми не можемо зрозуміти наші дії без покликання на власні наміри. В інших контекстах потрібна набагато більша обережність. Наприклад, біологи ретельно розмежовують телеологічні та телеономічні пояснення. Телеологічне пояснення передбачає наявність зовнішньої мети чи проєкту. З іншого боку, телеономічне пояснення – просто спрощена форма слів, яку ми вживаємо, коли вважаємо це корисним. У біології будь-яке покликання на функцію органу телеономічне; це не передбачає заперечення теорії еволюції Дарвіна, навіть якщо форма слів, як видається, на таку думку наводить.
Нерозумно заперечувати проти телеономічної мови з тієї ж причини, що нерозумно заперечувати проти твердження, що Сонце сходить на сході. Це не означає віри в геоцентричну теорію світу. Мається на увазі скорочення незграбного твердження, що кут між Сонцем та східним горизонтом, бачений людиною на поверхні Землі, збільшується як функція часу вранці через обертання Землі. Ніхто так не говорить, і не слід.
У повсякденному житті не завжди легко розрізнити пояснення та розуміння, і Еліс не робить цього. Філософи часто проводять детальний аналіз відмінностей цього типу, іноді ілюструючи химерними прикладами. Спроби оксфордських філософів, таких як Райл та Остін, протягом періоду – здебільшого 1950-і роки – звести всі аспекти філософії до аналізу звичайної мови, не вдалися, попри багаторічні зусилля. Залучені філософи насолоджувалися своїми дискусіями, але зрештою їхні студенти відійшли від напряму, що став безплідним. Філософ Браян Меґі (Bryan Magee), що навчався в той час в Оксфорді, але не симпатизував панівним настроям, пізніше описав тамтешню атмосферу:
Те, як поводилися ці філософи, посіяло стійку неприязнь до філософії серед обдарованих людей з інших дисциплін, багато з яких або бачили, або підозрювали – справедливо, на мій погляд, – що філософи самообманювалися і що більшість їхніх робіт поверхова і невідповідна; що всі ці витівання були скоріше питанням публічного чепуріння, ніж будь-що інше, і що це не зачіпало серйозних проблем. Не зайвим буде сказати, що тогочасні філософи робили себе ненависними в стінах свого власного університету.[4]
Визнаючи небезпечним захоплення такими дискусіями, ми будемо уникати словесних ігор, коли це можливо. Однак деколи неоднозначності та невисловлені асоціації спричиняють справжню плутанину і їх потрібно усунути. Я використовуватиму слівне пояснення, щоб звертатися до опису чи викладу події чи явища, що дає змогу людині, яка його використовує, робити певний тип передбачень стосовно того, що відбудеться
в ряді подібних ситуацій, або пов'язати його з іншими подібними подіями в минулому. Пояснення в цьому сенсі можуть давати дуже точні передбачення в чітко визначених ситуаціях, особливо коли вони математичні; вони можуть мати обмеженішу точність у широкому діапазоні обставин, як у дослідженнях біорізноманіття; нарешті, вони можуть бути абсолютно помилковими, як ранні уявлення, що комети були призвістками. Одне із завдань науковців – спробувати розрізнити пояснення та усунути ті, що мають мале значення.
Таке використання слівного «пояснення» підкреслює його роль у забезпеченні певною мірою уніфікації відмінних явищ і розриває зв’язок між поясненням і причиновістю. Це особливо важливо для фізики, бо нікому не вдалося забезпечити причиновий зв’язок між розв’язком деяких наборів рівнянь та поведінкою фізичних тіл. Вони різні типи сутності, і важко побачити, як один може впливати на інший. Платонізм, здається, робить це, але при детальнішому вивченні стає очевидним, що це не так.
Птолемеєве пояснення руху планет насправді було поясненням, дарма що ми тепер знаємо, що воно фізично неправильне, і ми не використовували б його ні за яких обставин. Досі хеміки використовують кулестрижневу модель молекул замість повної квантовомеханічної теорії, попри її фізичну недостатність, бо це надзвичайно просто і дає достатньо хороші відповіді при належному використанні. Як ми побачимо нижче, в біології значення численних контекстозалежних пояснень незаперечне; жоден теоретичний виклад біологічного світу не міг би забезпечити різноманіття уявлень, яких потребують біологи.
У «Новому Органонові», опублікованому 1620 року, Френсіс Бейкон пояснив, що тепло в тілі – результат руху невидних невеликих корпускул, з яких складається тіло. Це була спекулятивна теорія, заснована на різноманітних формах доказів, але ця ідея зрештою привела Джеймза Клерка Максвела до кількісної і високоматематичної кінетичної теорії газів у другій половині ХІХ століття, коли ще багато науковців вірили, що атоми не більш ніж зручна вигадка. Сьогодні ніхто не сумнівається, що ця теорія правильна через безліч успішних передбачень, які випливають із неї.
Ньютонові закони руху і гравітації забезпечували дивовижно точні передбачення в широкому діапазоні контекстів, але залишали відкритим питання про те, чи закони
спричиняли рух, чи просто
описували його. Ньютон був обережний, не стверджуючи, що його закони забезпечують повне фізичне (тобто причинове) пояснення руху планет, та, однак, його критикували так, ніби він стверджував. До ХІХ століття раніші застереження щодо його законів були загалом забуті, а математичні (тобто описові) пояснення було всім, до чого прагнули люди. Після появи загальної теорії відносності ситуація змінилася; тепер рух планет був спричинений викривленням просторочасу, і дія на відстані стала такою ж неприйнятною, як і в середині XVII століття. Наступний наш крок на шляху уніфікації може цілком скасувати простір і час, як ми їх розуміємо тепер.
Квантова теорія набагато особливіша, ніж загальна теорія відносності. Вона пояснює все про рух атомів, у тому сенсі, що якщо розв’язати відповідні рівняння, то результати завжди підтверджуються експериментом. З іншого боку, всі згодні, що неможливо зрозуміти, що насправді відбувається. Дехто вважає, що це означає, що вона має бути неправильною, а інші вважають, що проблема полягає в неадекватності наших розумових процесів.
Пояснення у вищезгаданому сенсі – не розумові стани; вони можуть бути записані на папері та прочитані іншою людиною через роки. Часто кажуть, що вони забезпечують розуміння, яке залучає розумовий стан, а також істинні твердження. Останнє спричиняє проблеми філософів, тому що ніколи не можна бути
впевненим, що розуміння чого-небудь правильне. Хоча це неминуче, в цьому випадку це не певніше, ніж для всіх інших претензій на знання. Треба погодитися, що кожного разу, коли хтось каже, що щось розуміє, він може виявитися неправим.
Кілька пояснень подій звичне для біології. Розгляньмо реакцію тварини (або людини) на ознаки небезпеки. Це може спричинити вироблення певних гормонів гіпоталамусом, а потім гіпофізом; це стимулює надниркову мозкову речовину виробляти адреналін, який змушує серце битися сильніше і, отже, збільшує надходження крові до м’язів та мозку. (Цей опис взаємозв'язку між діяльністю відповідних органів сильно спрощений, але цього буде достатньо.) Як описано вище, кожна подія в ланцюжку викликає наступну, і ніякого посилання на повну функцію не потрібно. Для когось, хто досліджує фізіологію чи медичну патологію, це може бути правильним рівнем пояснення. Однак, якщо сказати, що функція системи полягає в тому, щоб тварині вдалося врятуватися від загрози її виживанню, то можна правильно передбачити, що якщо якийсь інтервал ланцюга провалиться, її життя було б загрожене. Будь-яке посилання на повну функцію процесу передбачає телеономічне пояснення високого рівня, яке не вимагає детального знання біохемічних процесів і не означає, що система задумана якимсь зовнішнім чинником, таким як Бог.
У статті, написаній 2004 року, критикуючи антропоцентричні пояснення, ботанік Дейвід Генк справедливо звертає увагу на небезпеку присвоєння функцій поведінці рослин. Він зазначає, що "занадто часто пояснення в біології, які вважаються інтуїтивно правильними, так роблять, бо вони відображають людські цінності".[5] Однак навіть він покликається на «пігмент, фітохром, [тобто] прив’язаний до біологічного годинника в системі, що вимірює тривалість ночі з дивовижною точністю». Використовуючи термін "біологічний годинник", він призначає функцію клітинним процесам, які він описує. Наука полягає в тому, що треба постійно застерігати про можливість збитися з пантелику через антропоцентричні забобони, а не те, що можна обійтися без поняття функції.
На практиці неможливо уникнути трактування біологічних процесів таким способом. Хірургічна операція з трансплантації залежить від переконання в тому, що тілесні органи мають функції і можуть бути замінені подібними, але здоровішими органами з відповідними запобіжними заходами. Гепатоцелюлярній карциномі (раку печінки) не призначається жодна функція, хоча її зростання можна відмінно проаналізувати в термінах фізіологічних та біохемічних процесів. Називаючи це патологічним процесом, ми даємо оцінку, що його наслідки несприятливі для здоров'я всього організму, і допускаємо ідею, що поняття здоров'я змістовне. Ми просто не можемо жити своїм життям без таких оцінок: вони заражають кожен аспект нашої мови та наших мисленнєвих процесів.
Якщо хочеться зрозуміти, чому рівень хлорфлуоркарбонів в атмосфері Землі постійно зростав приблизно до 1990 року, після чого він стабілізувався і знову почав поступово знижуватися, фізика і хемія дають дуже обмежене розуміння, хоча все, що відбувалося в цей період, відповідало фізичним законам.[6] Натомість треба згадати Монреальський протокол 1987 року, пов'язаний з ним політичний процес та наміри тих, хто підписує цей Протокол, і всі вони добре задокументовані як політико-історичні події. Поступову та законодавчо підкріплену заміну ХФК на ГФК (гідрофлуоркарбони) в холодильних уставах можна пояснити лише посиланням на тиск науковців на уряди, що було результатом їхнього побоювання через можливі наслідки, якщо цього не зробити. Це не винятковий випадок, а норма для більшості того, що відбувається навколо нас.
Можна також запитати, чому ХФК замінюють на ГФК, а не що-небудь інше, і тут важлива фізика та хемія. (Хемікам доведеться пробачити моє спрощення теми, що стосується низки споріднених сполук.) ХФК реагували з озоном у верхній атмосфері, і це пошкоджувало озоновий шар, який захищає нас від шкідливого ультрафіолетового проміння. ГФК замінили їх у багатьох сферах застосування, бо, хоч і не повністю нешкідливі, вони не мали такого ж хемічного впливу на озон і могли використовуватися як холодоагенти без великих комерційних втрат. Зауважте, що навіть на цьому рівні потрібно звертатися до питань охорони здоров'я та економіки, щоб зрозуміти атмосферні події – фізики та хемії недостатньо.
Теоретично можна стверджувати, що існує повне, редукціоністське пояснення явища ХФК. Весь світ, разом з атмосферою, хемічними заводами, спостерігальним обладнанням та комп’ютерами кліматологів, мізками політиків і тих, хто реалізує їхні рішення, – це сукупність атомів, які взаємодіють за законами квантової механіки. Можна стверджувати, що якщо розв’язувати відповідні рівняння з правильними початковими умовами в лоб, слід передбачити, що рівень ХФК буде змінюватися в часі точно так, як спостерігалося. Однак такий редукціоністський аналіз явища – фантазія, а не серйозна можливість: відповідні обчислення
значно перевищують усе, що ми можемо собі уявити. Зокрема, ніхто не уявляє, як частину, що стосується політичних переговорів, у якій брали участь тисячі людей з усього світу, можна було б зрозуміти за допомогою будь-якого процесу наукового аналізу.
Твердження, що є обмеження того, що комп'ютери можуть аналізувати, потребує пояснення. Існує математична теорема про те, що будь-яка універсальна машина Тюрінга може імітувати продуктивність будь-якої іншої такої машини, незалежно від розміру та складності двох машин. (Машина Тюрінга – це абстрактна специфікація комп'ютера, і, як кажуть, вона універсальна, якщо має певний мінімальний перелік властивостей.) Критичне застереження – те, що ігнорується час, затрачений на обчислення. Розрахунки, які закінчаться лише через трильйони років, для нас не мають жодного актуального значення. Математичні теореми, які ігнорують подібні питання, мало допомагають при обговоренні проблем у реальному світі.
Шахи забезпечують ще один приклад обмежень математичного аналізу. Назвімо позицію виграшною, якщо гравець, який ходить, зможе вирвати перемогу, попри будь-яку можливу відповідь. Назвімо її програшною, якщо незалежно від гравця, що ходить, його противник зможе вирвати перемогу. Назвімо всі інші позиції відкритими: залежно від ходів, які гравці роблять, вони можуть перетворитися на виграшну чи програшну позицію або закінчитися внічию. Теретично, два нелюдські інтелектуальні гравці можуть оглянути всі можливі позиції від самому початку. Зробивши це, той чи інший повинен здати партію, не пересуваючи жодної фігури, або ж вони повинні негайно погодитися на нічию. Шахи – це життєздатна гра лише через фатальні слова "в принципі". Немає реального способу розпізнати виграшні позиції на початку гри. Навіть найкращі гравці застосовують зовсім інакшу стратегію від викладеної вище. Вони оцінюють позиції, використовуючи неформальні методи, засновані на досвіді та інтуїції. До них належать "практичні правила", такі як "якщо ваша королева збита, то ви майже напевно програєте, хіба що у вас буде розумна серія примусових ходів або якщо королева опонента сильно обмежена у своїх ходах". Такі правила не завжди приносять перемогу над надприродно розумним супротивником після «належного» аналізу, але ні ми, ні будь-які комп'ютери, які ми можемо собі уявити, не змогли б реалізувати належний аналіз. Існування таких комп'ютерів не створює філософських проблем «в принципі», але, як і з багатьма аргументами щодо принципів, це абсолютно не має
для нас значення.
2.2. Стріла часу
1913 року Бертренд Расел написав есе "Про поняття причини", у якому стверджував, що наука дарма використовувала цю концепцію, від якої слід відмовитися.
Мені здається, що філософія не повинна брати на себе такі законодавчі функції, а причина, чому фізика перестала шукати причини, полягає в тому, що насправді таких речей немає. Закон причиновості, я вважаю, як і багато іншого, що проходить перевірку серед філософів, – пережиток минулого віку, що вцілів, як і монархія, лише тому, що його помилково вважають таким, що не шкодить.
Расел описав науку як забезпечення об'єктивних описів, що віддають перевагу антропоцентричним уявленням, які використовуються в інших сферах життя. Це все звучить дуже логічно, і Расел був провідним логіком у той час, коли ця тема, як вважалося, мала велике фундаментальне значення. Однак його слова залишилися непочутими, і протягом останнього століття науковці всіх переконань продовжували використовувати мову причини та наслідків, і то не лише в повсякденному житті. 2007 року Рос і Спюрет помітили, що в останні роки слово "причина" вживається приблизно в 90 документах щомісяця лише в журналі «Саєнс». Я перевірив їхній висновок за допомогою гуглу. Коли я набрав «мета цього дослідження», то отримав 1 850 000 збігів.
Фізик Джон Нортон – один із тих, хто стверджував, що поняття причини та наслідків не відіграє ніякої фундаментальної ролі в науці, хоча він вважає, що може бути зручно використовувати його у відповідних наукових контекстах.[7] Він згадує про кантівський розгляд
причиновості, але досить негативно. Я доводитиму, що:
незалежно від того, чи рівняння фундаментальної фізики виправдовують використання поняття причини та наслідку, ми як люди не зможемо розуміти більшість того, що відбувається навколо нас, не використовуючи його.
Аргументи Расела і Нортона припускають, що реальність можна ототожнювати з фізикою і фізику можна прирівнювати до математичних рівнянь, які описують основні сутності, чи то поля, чи частинки. Це дуже вузький погляд навіть на фізику. Теорії у фізичних науках містять такі елементи:
• математичні рівняння, що описують загальну теорію;
• інтерпретацію теорії, зокрема типи інструментів, які використовуються, щоб встановлювати зв’язок змінних у рівняннях із реальним світом;
• область застосовності теорії;
• конкретні розв’язки загальних рівнянь (або вихідні дані), які дають змогу пов’язувати загальну теорію з ситуацією, у якій вона застосовується.
Полані та Полкінґгорн[8] підкреслили, що всі, крім першого, залежать від судження та майстерності фізиків, що передаються від одного покоління до наступного. Як людська діяльність, наука – це набагато більше, ніж набір рівнянь. Відмінність між минулим і майбутнім, безумовно, виникає в якийсь момент – людина встановлює апарат, перш ніж проводити експеримент, і розглядає спектральні характеристики зорі після того, як вона випромінила світло. У липні 1994 року комета Шумейкерів – Леві зіткнулася з Юпітером, але ніхто не вірить, що комета може раптом вийти з планети і вистрілити в космос.
Зосередженість Айнштайна на загальних рівняннях, на відміну від окремих розв’язків, була його великою силою, але також і фатальною слабкістю. Він відкрив загальну теорію відносності, але завжди відкидав розв’язок, що описує чорні діри, як невідповідні до його бачення предмета. Як виявилося, аналіз чорних дір дав більше розуміння теорії загальної відносності, ніж будь-що інше за останні сорок років. Після 1920 року він витрачав значну частину свого часу, намагаючись побудувати єдину теорію поля, не маючи успіху. Тим часом ті, хто застосовував нову квантову теорію, досягали стійкого прогресу, що мав перетворити науку. На жаль, багато фізиків-теоретиків сучасного покоління, здається, вважають своїм зразком для наслідування Айнштайна, а не Ньютона, який повністю залучав дані спостережень, коли писав «Принципи».
Область застосовності теорії може припускати визначення діапазону значень деяких параметрів, для яких теорія забезпечує досить точні передбачення. Хемія, як ми тепер розуміємо, більш-менш визначена своєю областю: це вивчення сукупностей атомів, для яких міжатомний інтервал становить кілька ангстрем, а температура не більше ніж кілька тисяч градусів Цельсія. Ньютонова фізика початково була вивченням тіл, розміри яких варіювали від сантиметра до розміру Сонцевої системи. Дивовижно, що фактична область її застосування коливається від мільйонної частки метра до розмірів у багато разів більших за розміри нашої галактики. Її область застосовності в часі сягає понад мільярда років. Області загальної теорії відносності та квантової теорії перекривають ньютонівську механіку, і дають змогу нам робити точні передбачення, коли стара теорія не працює. Область застосування біологічних наук визначити не так просто, але вона не охоплює питань, пов'язаних з етикою, законом або грошима; якою мірою вона охоплює вивчення свідомості та свобідної волі, залишається визначити.
Коли ми дивимося на фізичний світ, то бачимо, що минуле та майбутнє виглядають зовсім інакше – цей факт часто називають «стрілою часу». Наприклад, в астрономії кількість водню в зорі – це спадна функція від часу, бо водень – це паливо, яке зберігає зорю сяйливою. Всесвіт не симетричний щодо обернення часу, і пояснення цього факту майже напевно передбачає його початок відліку, іншими словами – Великий вибух. Це загалом вважають поясненням другого закону термодинаміки, який стверджує, що, належним чином виміряний, безлад системи повинен зростати з часом, якщо немає зовнішніх причин, що запобігають цьому, наприклад, постійного потоку енергії від Сонця. Другий закон передбачає теоретичні підвалини існування стріли часу. Це один з небагатьох наукових законів, занесених у юридичний кодекс: Патентне відомство США відхиляє заявки на вічні двигуни без розгляду. Якщо стріла не відображається у фундаментальних рівняннях фізики, то вона повинна бути наслідком початкових умов або типів розв’язку тих рівнянь, що фізично релевантні.
Стріла часу має великий вплив на живі організми. Кожна тварина починає життя як одна клітина і закінчує його як велика кількість клітин, її часто поїдають інші організми. Дерево може впасти і зогнити, але зворотний процес ніколи не відбувається. Нас вчать читати і писати на початку нашого життя, а не в кінці. Ці факти обумовлюють наше існування та кожен аспект нашої мови.
Наявність стріли часу прямо не виправдовує використання таких термінів, як причина та наслідок. Один з варіантів розв’язання цієї подальшої проблеми – звернення до Кантових ідей, які будуть розглянуті далі в цьому розділі. Може здатися дивним перейти від незворотної динаміки до одного з найнезрозуміліших філософів усіх часів. Багато його уявлень про науку були абсолютно помилкові, але він мав щось справді важливе, щоб зробити внесок у це питання.
Навіть якщо хтось припускає існування стріли (тобто напряму) часу, це не пояснює, чому ми маємо враження, що час – це щось, що минає. Ми відчуваємо себе вбудованими в сьогодення, яке змінюється, без того, що ми маємо щось для цього робити. Наше сприйняття часу сильно відрізняється від сприйняття простору, хоча теорія відносності говорить нам, що вони однотипні. Це найбільша загадка щодо природи реальності, чи, можливо, щодо нашої власної природи. Якби природу часу можна було пояснити, можливо, ми мали б набагато чіткіше уявлення про природу нашої суб'єктивної свідомості.
2.3. Редукціонізм
Нелегко описати редукціонізм кількома словами, бо він має дуже багато аспектів, але він передбачає намагання пояснити поведінку складної сутності в термінах (або припускаючи існування) набагато менших і простіших компонентів, які можуть бути повністю проаналізовані. У разі успіху теорія, що описує поведінку компонентів, вважається фундаментальнішою, ніж теорія початкової сутності. Врешті-решт компоненти можуть розкладатися на ще менші сутності, що приводить до ієрархії все більше і більше фундаментальних теорій.
соціальні структури
׀
психічні стани
׀
біологія
׀
хемія
׀
атомна фізика
׀
теорія всього
Рис. 2.1. Редукціоністська ієрархія.
На рисунку 2.1 показана типова ієрархія, на якій теорія всього, що її нині ще нема, міститься внизу, а психічні стани – біля верху. Вкрай важливий складник редукціонізму – твердження, що причиновість – це однобічний процес, від більш фундаментальних до менш фундаментальних описів, які іноді відкидаються як епіфеноми, бувши "нічим іншим, як" наслідками "справжніх" причин, що лежать в основі.
Далі ми перерахуємо кілька заперечень проти вищезгаданої позиції редукціоністів. Нижче вони будуть детальніше вивчені.
• Існує фундаментальний аспект реальності, який стосується Бога, людської душі та життя після смерті.
• Навіть якщо питання, пов'язані з етикою, цілями та значеннями, виникають лише з нашої природи як розумних, соціальних тварин, ми можемо братися до них лише на своїх власних умовах.
• Редукціоністська програма займає спрощену позицію до причини та наслідку. Сутності високого рівня часто спричиняють поведінку сутностей нижчого рівня особливим чином.
• Той факт, що редукціонізм був надзвичайно успішною науковою методологією, особливо в галузі фізичних наук, не означає, що це єдиний цінний спосіб дивитися на світ.
Важливо розрізняти редукціонізм як філософську позицію (або світогляд) і як методологію. Редукціонізм у попередньому розумінні тепер розглядають як антитезу релігійної віри, тому досить іронічно, що він завдячує своїм походженням механістичній філософії Рене Декарта, що був побожний католик. У середині ХХ століття Скінер довів редукціоністську філософію до її логічних меж, прийнявши те, що називається біхевіористичним (поведінковим) підходом. Він намагався знайти прямі зв’язки між стимулами та реакціями, без будь-якого покликання на можливі психічні стани своїх експериментальних тварин. Його віра в те, що всю поведінку тварин і людей можна звести до, певно, досить складної серії умовних рефлексів, було навіть екстремальнішим, ніж у Декарта, який допустив душі пояснювати ті людські вчинки, що передбачали раціональну думку. Скінерову програму багато хто відкидав як духовно неспроможну, але історія про те, що він понад рік тримав одну зі своїх дочок у "клітці Скінера", позбавляючи її нормальних людських контактів, – міт. Тепер його теорії розглядаються як безнадійно неадекватний опис нормальної людської поведінки, хоча вони мають певну цінність при лікуванні людей з певними психологічними проблемами, такими як фобії.
Коли фізики кажуть, що вони вважають, що теорія всього існує, як це робив Стівен Гокінг, вони висловлюють переконання, що врешті-решт розроблять теорію, яку ніколи не потрібно буде переглядати. Це може стосуватися елементарних частинок, струн чи чогось, що ще не було уявлене, але майже напевно буде описане математичними термінами. Це не віщує кінця фізики, бо розробляння застосунків цих рівнянь було б Геркулесовим завданням. Наше сучасне розуміння квантової теорії наводить на думку, що теорія всього була б імовірнісна, і тому не буде повністю визначати поведінку фундаментальних сутностей в теорії, незалежно від того, чи це будуть елементарні частинки, чи ні. Немає логічної необхідності вірити, що така теорія існує: можна сподіватися зробити внесок, навіть фундаментальний внесок, у знання людини, не маючи жодного зобов'язання щодо того, куди врешті приведе ця наукова справа.
Існує багато книжок, що вивчають взаємозв'язок між редукціонізмом, виниклими явищами та складністю. Виникнення – небезпечне слово, бо воно має два істотно різні значення. Деякі розрахунки стверджують, що нове явище справді постає (виникає), коли достатньо велика кількість простих сутностей, таких як атоми, мурахи, нейрони або комп’ютерні компоненти, взаємодіють так, що, здається, неявним у їхній індивідуальній природі. Інші мають на увазі, що, хоча насправді нічого нового не з’явилося, нам стає зручніше або навіть необхідніше використовувати інакший тип мови для опису складних сутностей, бо так працює наш розум. Під час обговорення природи суб'єктивної свідомості це розрізнення має особливе значення.
Класифікація речовин на тверді тіла, рідини та гази – типове виникле явище, бо воно не пов’язане з властивостями складових молекул речовин. Є вагомі причини стверджувати, що існування трьох фаз реальне: з хорошим наближенням тверді речовини мають фіксовані розміри та форми, рідини мають фіксовану густину, але змінну форму, тоді як гази мають змінні густину та форму. Однак якщо вивчити фазову діаграму типової речовини, зображену на рисунку 2.2, можна виявити, що ситуація не така проста, як здається. На діаграмі ми позначили «критичну точку», яка стосується певної температури та тиску розглядуваної речовини. Якщо на діаграмі залишатися ліворуч від критичної точки (тобто розглядати лише температури, значно нижчі від критичної температури), відмінність між рідиною та газом чітка. Однак праворуч від критичної точки (тобто за вищої температури) не можна явно розділити плини на рідини та гази. Існування критичної точки не математична чи лінгвістична умова. Коли температура і тиск наближаються до критичних значень, плини стабільно втрачають прозорість щодо світла, явище, яке називається критичною опалесценцією. Це пояснюється на нашому рівні збільшенням коливань в масиві плину між рідким та газоподібним станами, а на молекулярному рівні – швидким збільшенням дальніх міжатомних кореляцій поблизу критичної точки.
Рис. 2.2. Загальна фазова діаграма.
Надзвичайно дивно, що велика кількість абсолютно різних хемічних речовин – наприклад, вода, спирт та ртуть – усі виявляють дуже схожі макроскопічні особливості, дарма що вони мають мало спільного на атомному рівні. Усі рідини підлягають однаковим рівнянням руху, і ці рівняння – ключ до розуміння багатьох їхніх властивостей. Пояснення цього – головне технічне завдання в статистичній механіці. Експерти погоджуються, що властивості окремих твердих тіл, рідин та газів можна, доклавши великих технічних зусиль, вивести із властивостей атомів їхніх компонентів, використовуючи методи статистичної механіки, але це не розв’язує філософського питання про первинну реальність трьох фаз речовини. Вірус (гіпотетичний, розумний) може мати інший погляд на природу рідин, але ми не віруси. Наша мова та поняття виправдано адаптовані, щоб допомогти нам зрозуміти наш власний досвід як сутностей середнього розміру, які живуть при проміжних температурах і тиску.
Поняття виду в біології – ще один приклад концепції, корисної, попри брак чіткого означення. Дійсно Дарвін присвятив розділ 2 «Про походження видів» роз'ясненню, що різниця між видами та сортом була умовна. Останні відкриття про перенесення генів між бактеріями лише підкреслюють цей момент. Якщо подивитися досить довго, один вид може поступово розділитися на два чи більше, і немає моменту часу, коли відбувається поділ. З такою ж неточністю стикаємося, коли намагаємось описати квантовомеханічні процеси звичайною мовою. Нестабільні елементарні частинки не розпадаються раптово; якщо досліджувати їх розпад математично за досить короткий масштаб часу, то виявляється, що процес безперервний, без різкого початку чи кінця. Він здається різким, тому що ми зазвичай дивимося на такі речі у власному масштабі часу.
Взаємозв'язок між хемією та фізикою може бути використаний для ілюстрації успіхів та обмежень редукціоністського світогляду. У 1970 р. комп'ютерні розрахунки властивостей молекул були можливі лише в тому разі, якщо вони були надзвичайно прості. Багато хеміків не вірили, що цей новий спосіб вивчення предмета може зробити серйозний внесок. Повільно, але неухилььно моделі ставали дедалі досконалішими, а комп’ютери – потужнішими, внаслідок чого сьогодні університетські хемічні лабораторії використовують комп'ютерне моделювання як рутинний інструмент. 1998 року Волтер Кон і Джон Попл були удостоєні Нобелівських премій за свою піонерську роботу з розроблення цієї галузі. Тепер погоджуються, що хемія в цьому сенсі повністю зводиться до фізики.
З іншого боку, Нобелівська премія, присуджена Керлу, Крото та Смолі в 1996 році, свідчить про одне з обмежень редукціоністської програми. Вони встановили, що існує абсолютно новий клас сполук, що складається повністю з вуглецю, перша з яких, C60, була названа бакмінстерфулероном (коротко – бакібол) на честь архітектора Бакмінстера Фулера. Бакібол, показаний на рисунку 2.3, сам по собі не новий. Архімедові він був відомий як ікосидодекаедр, а більшості людей сьогодні – як розташування панелей, що використовуються при створенні футбольного м’яча.
Хоча існування C
60 було легко підтвердити після цієї події за допомогою комп'ютерного моделювання, його не можна було передбачити по-справжньому ab initio обчисленням найнижчого енергетичного стану 60 атомів вуглецю. Кількість можливих конфігурацій 60 атомів така величезна, що перед тим, як розпочати обчислення, потрібно досить точно вказати, який тип конфігурації цікавить. Історично відкриття структури С
60 залежало від використання набагато примітивніших кулестрижневих моделей, заснованих на старомодній хемічній та геометричній інтуїції. Це заперечення можна було б відкинути, стверджуючи, що обчислення ab initio можна було виконати «в принципі», ухильні слова, що обговорюються нижче.
Рис. 2.3. Молекула бакіболу C
60.
Ненсі Картрайт (Nancy Cartwright) та інші критикували редукціонізм, і достоту весь статус науки, стверджуючи, що це соціальний конструкт, який залежить від домовленостей про те, як встановлюються експерименти, передані від вчителя до учня: за нею, немає підстав вважати, що вони мають якесь значення поза лабораторією. Логічного обґрунтування може і не бути, але логіка – це ще не все. Достоту це лише незначна частина загальної структури науки.
Якби знову і знову не виявлялося, що явища, відкриті в лабораторіях, застосовуються за найрізноманітніших інших обставин, наука була б не більш ніж інтелектуальна гра.
Зокрема, Ньютонова теорія гравітації пояснює не лише орбіти планет, а й тисяч астероїдів, оптичних подвійних зір і навіть галактик, усі вони цілком невідомі в XVII столітті. Ядерний синтез пояснює потужність водневих бомб, випромінювання енергії Сонцем та пропорції різних елементів у Всесвіті. Ніхто не міг знати, що наука буде така ефективна, але ми виявили, що це так, і наша впевненість у цьому зростає в міру розширення її меж.
Рис. 2.4. Довкільна проблема.
[environmental degradation – деградація навколишнього середовища; rising standard of living – підвищення стандартів життя; rising CO
2 levels – підвищення рівня CO
2; human indifference – людська байдужість]
Лабораторні експерименти приводять до принципів, які можна застосовувати в найрізноманітніших ситуаціях, і в цьому сенсі вони забезпечують об'єктивні знання. Це не означає, що інші форми розуміння не варті нічого, або що вони врешті-решт будуть замінені. На рисунку 2.4 схематично показано наближення світової довкільної катастрофи. Уникнення цього залежить від нашої рішучості переконати тих, хто має політичну та промислову владу, створити соціальний лад, у якому наші діти зможуть насолоджуватися чимось на зразок того способу життя, який мали ми самі. Наше втручання повинно ґрунтуватися на соціальних міркуваннях, але його наслідки будуть повністю фізичні, – зменшення кількості CO
2 в атмосфері. Чи є в нас колективно моральні сили та почуття спільності щось зробити, поки не пізно, ще належить побачити, але філософські аргументи, що наші занепокоєння "не більш ніж" наслідки взаємодій атомів у нашому мозку, не забезпечують корисного розуміння.
