Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки - Карл Саббаг

А теперь представьте себе два ряда костяшек домино, выставленных таким же образом по обе стороны короткого картонного «тоннеля». Допустим, вы толкаете левую костяшку, а затем смотрите, как движение по цепочке передается к началу тоннеля. Затем, после нескольких щелчков, донесшихся изнутри тоннеля, вы видите, что правый ряд костяшек валится в столь же организованном порядке. Как бы вы объяснили увиденное? Все шансы за то, что вы даже не усомнитесь: мол, картонный тоннель просто установили в центральной части того же непрерывного ряда домино, что и раньше, накрыв им часть костяшек, поэтому они падают точно так же, как и в прошлый раз.

А теперь представьте себе, что перед вами стол с длинным картонным тоннелем и в поле зрения ни одной костяшки. Слева в тоннель вкатывается красный мячик, а спустя секунду или две из правого конца тоннеля появляется синий мяч. На этот раз в поисках объяснения вы переберете уже больше возможных вариантов. Вам даже может прийти в голову (особенно теперь, когда вы все еще думаете про домино), что красный мячик толкает первую костяшку скрытого в недрах тоннеля ряда и весь ряд падает, пока последняя костяшка не вытолкнет синий мячик из другого конца. Но вы можете также предположить, что красный мячик просто врезается в синий где-то посередине тоннеля и подталкивает его к другому концу (хотя почему тогда он сам не выкатывается наружу вслед за синим?). Или может, красный мячик врезается в белую лабораторную крысу, выдрессированную подталкивать синий мячик к выходу из тоннеля. Или возможно, красный мячик — это и не мячик вовсе, а некая разновидность хамелеона со способностями ежа — он умеет сворачиваться в шар и менять цвет. Или, может быть…

Все вышеперечисленное имеет прямое отношение к гипотезам и теориям.

В первом случае вы можете предположить, что никакие гипотезы и теории не нужны, потому что весь ряд костяшек домино виден как на ладони. Вы знаете, что происходит, потому что обладаете определенными сведениями о физическом мире и эффектах, возникающих при соударении твердых тел. Если у вас есть хоть какие-то сомнения, вы можете проделать опыты с отдельными костяшками, взвесить их, измерить момент количества движения, проверить, не теряется ли по ходу падения костяшек энергия и не может ли эффект по этой причине не сработать (то есть падение костяшек прекратится, не дойдя до конца ряда), и так далее.

Во втором случае — когда костяшки расположены по обе стороны тоннеля — у вас есть теория относительно происходящих событий. Вы знаете, как ведет себя ряд костяшек, если толкнуть одну из них; все, что происходит за пределами короткого тоннеля, соответствует этому объяснению, и у вас нет причин полагать, будто внутри тоннеля ряд не продолжается и движение не передается из одного его конца в другой. Эта теория также является наиболее вероятным объяснением. В сущности, никаких иных идей, которые по-другому объясняли бы происходящее, у вас попросту нет. Применив «бритву Оккама», принцип, согласно которому самое простое объяснение, скорее всего, и будет верным, вы приходите к убеждению, что ваша теория полностью объясняет все, что вы видели.

В третьем примере — с красным и синим мячиками — у вас есть несколько гипотез. Хотя на этот раз вы не видите ни одной костяшки, вы можете сделать умозаключение, основанное на возможности, что внутри тоннеля костяшки все-таки есть. Но вы также допускаете и другие возможности, включая удар мяча по мячу, крыс и хамелеонов. При всем множестве конкурирующих гипотез, может статься, вы так и не узнаете, какая из них более (или менее) похожа на истину.

При обсуждении разнообразных научных вопросов — например, того, как устроена и действует Вселенная, — подчас не все понимают разницу между теорией и гипотезой, а некоторые и вовсе пренебрегают ею. Часто слышишь, как кто-то говорит: «Эволюция, движимая естественным отбором, — всего лишь теория», пытаясь тем самым выразить сомнение в обоснованности такого объяснения развития жизни на Земле. На самом деле это не «всего лишь теория» — это теория, не допускающая или почти не допускающая сомнений. Она не менее убедительна, чем теория о непрерывном ряде костяшек домино в тоннеле из второго примера. Как и в случае с этим примером, в наших знаниях об эволюционном пути от примитивных форм жизни к нынешнему многообразию форм жизни на Земле тоже есть некоторые пробелы; как и в случае с примером, мы знаем кое-что о той части цепочки костяшек, что находится слева, — благодаря изучению окаменелых останков. Мы также знаем многое о цепочке справа, поскольку можем наблюдать за естественным отбором в лабораторных условиях и даже воздействовать на него. Опять-таки, как и в случае с теорией о домино, любому сомневающемуся в данном объяснении придется предоставить достаточно убедительные контраргументы.

Если бы человечество считало, что «эволюция, движимая естественным отбором, — всего лишь гипотеза», оно должно было бы заготовить массу альтернативных объяснений, и, возможно, идея «разумного начала» — как раз одно из них (хотя я лично так не считаю, поскольку для гипотезы это объяснение содержит слишком мало характерных признаков научности). Но идея эволюции, основанной на естественном отборе, — прочнее, чем просто гипотеза, это теория. Единственная теория, объясняющая известные нам факты, и вместе с тем одно из величайших достижений науки за последние две сотни лет.

Когда крытые повозки мчатся по прерии, преследуемые улюлюкающими индейцами, иногда кажется, будто колеса этих повозок вращаются в обратном направлении — во всяком случае, если вы наблюдаете за этой сценой в кино. В реальной жизни такого никогда не происходит.

Эта иллюзия связана с тем, что движущаяся картинка состоит из серии неподвижных кадров, воспроизводимых со скоростью 24 единицы в секунду. Каждый кадр являет собой изображение, которое присутствует в вашей зрительной системе до тех пор, пока не сменится следующим кадром. Если камера «берёт» движение колеса со спицами — а именно такие колеса были у фургонов американских первопоселенцев, — последовательность кадров даст представление о вращении колеса за счет изменения расположения спиц. Есть три варианта оптических иллюзий, способных вмешаться в этот процесс. Хотя повозка и мчится, может показаться, будто колеса неподвижны; может показаться, что они крутятся в обратном направлении; и может показаться, что колеса крутятся в нужном направлении, но намного медленнее, чем вы ожидали. Объяснение первой иллюзии — неподвижные колеса у мчащейся повозки — поможет нам лучше понять остальные две.

Если для простоты объяснения взять колесо, где всего четыре спицы, то в первом кадре спицы могут выглядеть перекрестьем с осями, расположенными строго вертикально и горизонтально; будь спицы стрелками часов, они указывали бы на 12,3, 6 и 9 часов. Если между первым и вторым кадрами колесо совершит ровно четверть оборота, зрителю покажется, что спицы не сдвинулись, потому что та спица, что раньше показывала на 12, теперь показывает на 3 и все остальные спицы тоже сдвинулись на три часа вперед. То есть спицы выглядят точно так же, как и в предыдущем кадре, поэтому мы думаем, что они неподвижны. Если повозка сохраняет постоянную скорость, в следующем кадре спицы сдвинутся еще на четверть оборота, и нам снова будет казаться, что колесо не вращается. Допустим, съемка длилась несколько секунд и получилось сто и больше кадров, — все это время на экране нам будет казаться, будто повозка скользит по прерии на неподвижных колесах, — но это только при условии, что скорость не меняется.