Издание опубликовано по соглашению с Conville & Walsh, Ltd. и Литературным агентством Синопсис.

Делая подобные проекты, всегда сражаешься с неопределенностью, так что я очень благодарен множеству добрых людей, которые помогали создать эту книгу и наполнить ее информацией. И тут неоценим энтузиазм Эндрю Франклина и его коллег по издательству Profile. Мой агент Кэролайн Доуни (United Agents) неизменно служила кладезем полезных советов и указаний. Я в большом долгу перед огромным количеством людей, отвечавших на мои назойливые письма, щедро уделявших время чтению различных частей рукописи и отмечавших, где можно улучшить текст. Вот кто особенно заслуживает признательности: Джованелла Баджио, Мартин Бобров, Дэниэл Бор, Влатко Ведрал, Карл Гибсон, Хава Зигельман, Джек Коупленд, Раджив Кришнадас, Кэрен Лилликроп, Тоби Орд, Кирилл Россиянов, Нил Хэлси, Рудольф Шильд и Гражина Ясенска. Они помогли ограничить мои неопределенности, а если в тексте остались какие-то ошибки, то это всецело на моей совести.

И как всегда, я должен поблагодарить моих близких, которым в очередной раз пришлось прожить несколько месяцев практически без меня, поскольку все мои силы и внимание были сосредоточены на книге. Филиппа, Милли и Закари, наша семья — глубокий колодец определенности. Спасибо вам.

Возможно, вам кажется, что науку не так-то легко поставить в тупик. В конце концов, ученые же по определению — умники и всезнайки, так? Мы же чтим их как мудрецов, всегда способных ответить на любой вопрос, правда?

Безусловно, наука успела сделать много впечатляющих вылазок в неведомое, пытаясь выяснить, как устроена и как работает Вселенная и все, что в ней имеется. Основные успехи науки связаны с объяснением природы вещей. Но в процессе этих изысканий обнаружилось не только, как много мы знаем, но и сколь велико наше невежество.

Однако здесь нет никакой проблемы: на самом деле это огромный плюс. В науке не принято стыдиться неведения и скрывать неосведомленность. Более того, ученые всегда готовы признаться в своем невежестве и исследовать его пределы. Подобно тому, как чередование приливов и отливов создало идеальные условия для зарождения жизни на берегах океанов, берега нашего неведения, та область, где определенность уступает неопределенности, также являет собой весьма плодородную почву.

В большинстве сфер науки разделы, которые нам уже хорошо известны, не представляют широких перспектив для дальнейшего развития. Здесь, в глубине береговой зоны, нам, быть может, удастся разве что вычислить еще один знак после запятой в какой-нибудь давно знакомой константе или научиться чуть точнее определять, какое время требуется сигналу, чтобы пронестись от одного нейрона мозга до другого. Или найти катализатор, который позволит проводить химическую реакцию немного быстрее и эффективнее. Или открыть еще одну далекую звезду, чтобы внести ее в каталог, — и т. д., и т. п. Такие вот малые открытия (логическое продолжение предыдущих) всегда ждут желающих: это камушки на пляже, которые можно перевернуть и осмотреть. Такие находки вносятся в общий реестр научных знаний, но они, в сущности, ничего не меняют, а потому не попадают на первые полосы газет. Ньютон проявил слишком уж большую скромность, когда незадолго до кончины написал о трудах всей своей жизни: «Я был словно мальчишка, играющий на морском берегу, развлекаясь поиском необычно гладких камушков или необычайно красивых ракушек, между тем как великий океан истины лежал предо мною, совершенно неизученный». Это, конечно, не так: частенько он забредал в глубины и вытягивал оттуда удивительные и неожиданные новые истины.

Многие пошли по его стопам, покидая область привычного уюта, решаясь выйти за пределы нашего знания и вглядываясь в сумрак, пытаясь различить в нем смутные очертания чего-то загадочного и манящего. И, хватая все снасти, какие только окажутся под рукой, они плюхались в воду, желая вытащить «привидение» на сушу.

А ведь это опасное занятие. Здесь, на краю неопределенности, нам то и дело попадаются шокирующие находки, иной раз вынуждающие ученых поспешно отступить. К примеру, именно здесь Анри Пуанкаре обнаружил, что объяснение некоторых аномалий в теории электромагнетизма требует пересмотра природы времени. Пуанкаре так смутило это открытие, что он отказался развивать его, так что отправиться в темные воды и поохотиться на специальную теорию относительности пришлось Альберту Эйнштейну. Астроном Артур Эддингтон однажды проделал кое-какие расчеты, которые вроде бы указывали на существование черных дыр, но он возненавидел свою работу, ведь выводы, следовавшие из нее, указывали на то, что в ткани Вселенной должны существовать прорехи! И когда Субраманьян Чандрасекар подтвердил эту гипотезу математическими доказательствами{1}, Эддингтон ополчился на них и сделал жизнь Чандрасекара совершенно невыносимой. Нейропсихолог Бенджамин Либет стал еще одним беглецом, спасающимся от неприятной истины: проведя эксперимент, показывающий, что у человека отсутствует свобода воли, он посвятил остаток жизни попыткам доказать собственную неправоту. Хорошая наука (наука, открывающая важные вещи) может не только проливать свет на истину, но и изрядно трепать нервы ученым.

Иногда работа на краю неопределенности не приносит осязаемых плодов: она лишь показывает наше невежество. Так, порой мы обнаруживаем, что те или иные наши умозаключения выстроены на шатком фундаменте и это хилое строение нужно срочно укрепить или даже покинуть навсегда. Это не такая уж катастрофа: наука — особа своенравная, и она всегда оставляет за собой право изменить мнение. Да, некоторые ученые иногда делают весьма строгие и определенные заявления, но в таком случае другие исследователи просто обязаны попытаться опровергнуть эти постулаты. И очень часто они добиваются успеха: новые идеи и новые открытия переворачивают наши представления вверх тормашками, обращают вспять устоявшиеся тенденции, обнажают недочеты предшествующих опытов или протыкают дырки в доводах какого-нибудь почтенного мыслителя. Первым следствием такого ниспровержения обычно становится паника, отрицание, гнев или насмешка, а часто — все перечисленное сразу. Однако в конце концов, спустя месяцы, или год, или десятилетие, или столетие, новую истину все-таки признают и принимают — пока кто-нибудь не посмотрит на нее с какого-то иного края неопределенности. Этот новый взгляд неизбежно приведет к очередному пересмотру теорий и, быть может, к очередной революции в науке. «Все, что нам известно, — это лишь некое приближенное представление, — заметил как-то Ричард Фейнман{2}. — А значит, всему, что мы изучаем, нам обязательно предстоит разучиться, а точнее, все это мы должны рано или поздно скорректировать». На краю непознанного работали Галилей, Ньютон, Дарвин и Эйнштейн. Взгляды этих революционеров от науки горячо оспаривались, принимались, снова оспаривались. Недаром Бернард Шоу однажды заметил: «Все великие истины начинались как кощунства»{3}.

Однако главная проблема заключается в том, что наша коллективная память чересчур коротка. Смирившись и признав открытие, мы забываем, что вокруг него когда-то было столько шума. Мы ведем себя так, словно всегда обладали этой истиной, словно она самоочевидна. Мы уже не помним многих, кому пришлось пережить десятилетия гонений в попытке убедить нас в том, что мы теперь с таким жаром отстаиваем. И мы чувствуем себя очень комфортно и вполне готовы подвергнуть гонениям тех, кто рискнет потревожить нас в этой мирной успокоенности. Возьмем, к примеру, атом. Никто сегодня не отрицает его существование, и трудно поверить, что было время, когда это понятие считалось бесполезной выдумкой. Атом стал частью нашего мировоззрения, нашего языка, нашей общей истории. Но так было не всегда. Трагическая история австрийского физика Людвига Больцмана показывает это с беспощадной ясностью.

В наши дни Больцману почти наверняка поставили бы диагноз «биполярное расстройство». Настроение у него резко менялось: то восторг и энтузиазм, то глубокая депрессия. В светлые периоды он отличался большой общительностью: студенты его обожали, и на его лекции в Венском университете порой приходило столько народу, что многим приходилось стоять в коридоре и на лестнице. В темные периоды (обычно их провоцировали негативные отзывы коллег) он становился мрачным и подавленным. Так, в 1900 году, после спора с одним из преподавателей факультета, Больцман даже попытался покончить с собой.

Эти ожесточенные дискуссии велись вокруг существования атомов. Больцман был убежден, что они в той или иной форме существуют. Большинство же его коллег, в том числе весьма влиятельные ученые мужи, пребывали в твердой и непоколебимой уверенности, что никаких атомов на самом деле нет. Многие современники Больцмана очень увлекались туманной идеей энергии, полагая, что эта идея сама по себе объясняет решительно все. Промышленная революция привела к тому, что энергия стала основополагающим компонентом реальности. Тогдашние физики полагали, что все законы природы легко понять с помощью недавно возникшей науки под названием «термодинамика».

Больцман всю вторую половину своей жизни яростно боролся с этой точкой зрения. Он выстраивал сложнейшие системы умозаключений, доказывавшие, что механическое перемещение атомов — фундаментальная движущая сила, управляющая поведением газов при их нагреве и расширении, при их охлаждении и сжатии. Теория носила статистический, а не абсолютный характер: хотя по отдельности атомы следовали несложным правилам, вместе они создавали целый спектр разнообразных наблюдаемых результатов. При этом некоторые результаты оказывались вероятнее (иные — намного вероятнее), чем другие, что позволяло объяснить наблюдаемые явления. Однако идеи Больцмана не пользовались популярностью, и большинство известных физиков того времени выступали против него. Главным его противником стал Эрнст Мах, признававший, что понятие атома, возможно, и является полезной подпоркой для размышлений о реальности, но не более того: выступая от лица целой группы ученых, он заявлял, что атом «должен оставаться лишь инструментом представления явлений»{4}.

Больцман горячо отстаивал свою позицию, но его, несомненно, утомили эти бои и надменное равнодушие оппонентов. Как он вспоминал, посреди одной из таких дискуссий «Мах лаконично заявил от имени своей группы: „Я не верю в существование атомов“. Эта фраза потом неотвязно звучала у меня в голове».

Голова у Больцмана вообще никогда не отличалась прочностью, и годы отчаянных битв вокруг понятия атома нанесли ей новые удары. В конце концов Больцман решил навсегда прекратить свою борьбу. В 1906 году вся его семья отдыхала в итальянском городке Дуино. 5 сентября, пока его жена и дочь плавали неподалеку, в голубых водах Триестского залива, Больцман повесился в гостиничном номере. Дочь, которую послали проведать отца, обнаружила его тело на шнуре, закрепленном на переплете окна. До конца жизни она ни с кем не говорила об увиденном.

Лемони Сникет, писатель, славящийся своей оригинальностью{5}, явно понимает затруднительное положение, в котором оказался Больцман. В «Змеином зале» Сникет пишет: «Очень неприятно, когда кто-нибудь докажет, что ты неправ. Особенно если на самом-то деле ты прав, а тот, кто на самом деле неправ, доказывает, что ты неправ, и тем самым доказывает, что он прав, хотя на самом деле это неправильно».

Такова вечная и неизбывная дилемма науки: не всегда понятно, кто же прав, истина порой всплывает слишком поздно, и частенько бывает так, что ее апологет не успевает отпраздновать триумф при жизни. Нельзя с уверенностью утверждать, что непосредственной причиной самоубийства Больцмана стали оскорбительные заявления его коллег, но мы точно знаем, что он, Больцман, сыграл важнейшую, пусть и трагическую, роль в победе нового, более полного понимания реальности. В течение нескольких лет после его смерти наблюдения за частицами пыли и цветочной пыльцы, в которые ударялись какие-то невидимые объекты, привели к тому, что научное сообщество все-таки приняло больцмановскую концепцию атома.

Историкам науки, изучающим прошлое, хорошо известна трагическая судьба Больцмана, однако мы не очень-то готовы применять исторические аналогии в нашем настоящем. «Представление о том, что все бури позади и мы теперь живем в более спокойное время, кажется какой-то психологической потребностью», — заметил однажды геолог Элдридж Мурс{6}. Он говорил, что мы часто выдаем желаемое за действительное, рассуждая о стабильности почвы под ногами, однако то же самое можно отнести и к нашим рассуждениям о науке в целом. Часто нам почему-то легче дивиться окаменелостям (восторгаясь бесчисленными историями об эволюции науки), чем признать, что эволюция продолжается и сейчас, что и сегодня существует край неопределенности, за который мы могли бы заглянуть.

Эта книга как раз и позволяет бросить взгляд на сегодняшний край неопределенности. И надо бы еще порадоваться, что такой край вообще есть. В конце концов, у нас нет неограниченного времени на то, чтобы расставить все научные точки над научными i. По мнению биологов Джона Лоутона и Роберта Мэя, найденные палеонтологами окаменелости свидетельствуют о том, что каждый вид млекопитающих живет в среднем около миллиона лет{7}. Мы уже провели на Земле примерно пятую часть этого срока и лишь сравнительно недавно приступили к изучению окружающего мира при помощи того, что мы теперь именуем научными методами. Возможно, открытия, которые мы совершим на краю неопределенности, помогут нашему виду стать первым из тех, кто будет жить всегда: возможно, то, что мы изучаем, таит в себе ключ к вечности. Во всяком случае, секреты выживания явно не кроются в очередной цифре после запятой в какой-нибудь постоянной, которую мы и так хорошо знаем.

Нет, мы должны спуститься к полосе прибоя и всмотреться в темные воды. Там нас поджидают необычайные открытия. Почти наверняка они даже слишком необычайны, чтобы мы уже сейчас могли с ними по-настоящему справиться. Но мы постепенно привыкаем смотреть в этот сумрак, и перед нами начинают проступать первые заманчивые намеки, первые неясные очертания. Именно их нам и предстоит изучать. В главах этой книги описываются некоторые из опасных фронтиров современной науки. Мы различаем их пока весьма смутно (по сравнению со всеми остальными предметами и явлениями), однако нас очень тянет к ним, ведь, быть может, они способны преобразить наш взгляд на самих себя, да и сам наш способ существования.

Вначале мы обратимся к тому, что является, возможно, главным слабым местом современной науки: к человеческому мозгу. Эти несколько фунтов биологического желе — наш единственный инструмент познания Вселенной, а мы даже не знаем, что это такое — понимать. Мы мыслим, следовательно, существуем (так мы твердим себе): у нас есть ощущение собственного Я. Отсюда мы заключаем, что наши Я играют главную роль в великом космическом театре.

Во многих смыслах это чрезмерно лестная картина. В конце концов, как мы увидим, огромное количество других видов животных (видов, которые, как нам кажется, не особенно бьются над проблемами бытия) очень напоминает нас. Наши открытия, касающиеся животных, не сбросили нас с вершины пирамиды творения, зато подняли на эту вершину много других существ — по сути, наших собратьев. И сегодня мы чаще склонны отмечать не их отличия от нас, а черты их сходства с нами. В результате возникла школа научной мысли, предлагающая осуществить своего рода слияние животных и человека (то есть, выражаясь строже, человека и других животных) в медицинских целях. Уже сейчас мы создаем так называемых химер, хотя пока эта сфера по-прежнему лежит на грани неопределенности и лишь постепенно проступает из научной (и этической) мглы.

При этом оказывается, что мы постепенно переходим и некоторые другие этические границы. Если бы генетик Джейкоб Броновски (тот самый, который говорил о знании как о «вопросе личной ответственности»{8}) по-прежнему был с нами, он бы наверняка заключил, что расширение нашего понимания эпигенетики неизбежно влечет за собой рискованное путешествие в неведомое. Эпигенетика показывает, как изменяется работа генов нашего организма после тех ударов и обид, которые наносят им факторы, обычно ассоциируемые с бедностью, лишениями и загрязнением окружающей среды. Возникающие эффекты порой опасны и долговременны: иногда они охватывают несколько последующих поколений. Мы лишь начинаем осознавать, насколько личностный характер носит биология и насколько ответственным должен быть наш ответ на этот вызов.

То же самое можно сказать и о наших открытиях, касающихся роли пола, в медицине: оказывается, мы, не отдавая отчета, применяем слишком грубый и примитивный подход к лечению человеческих существ. Неужели мы в самом деле полагали, будто особых половых различий не существует (если не считать очевидных)? Теперь ученые уже так не думают. Возможно, более простительным — с учетом малой исследованности мозга — является наше пренебрежение властью, которой сознание обладает над телом. В этой сфере мы тоже постепенно преодолеваем скептицизм тех, кто с удовольствием выдавал собственное невежество за знание и понимание.

Если бы только мы сумели поступить точно так же и с теми, кто рекламирует квантовую теорию как панацею и ключ к обретению здоровья! Конечно, весьма заманчивыми кажутся все эти обещания применить «силу квантового исцеления, позволяющую победить болезни и старение», которыми осыпает нас мистик Дипак Чопра{9} (американский врач и писатель индийского происхождения, автор множества книг о духовности и нетрадиционной медицине). Однако на самом деле это просто мираж в пустыне. Сейчас мы лишь начинаем понимать, как проводить предварительные исследования роли квантовой физики в биологии. Да, сегодня действительно кажется, что в природе все-таки есть сферы, где она задействует странные правила, повелевающие атомами и молекулами, чтобы создавать новые возможности для успешного существования жизни в неблагоприятных условиях. Впрочем, на этой границе между жизнью и космическим веществом мы погружаемся в очень большие глубины.

Сводя воедино наш опыт по части математики и физики, эксперимента и теории, мы можем сделать несмелое предположение: похоже, наша Вселенная являет собой компьютер, а наши мысли и поступки представляют собой как бы программы, чьи команды и создают то, что наш мозг (в котором, напомним, мы пока очень плохо разбираемся) интерпретирует как реальность. Может быть, это такое же заблуждение, подобное ньютоновскому образу небес как огромных часов — интерпретации, в основе которой лежала технология тех времен? Вероятно. В конце концов, компьютер изобретен всего несколько десятилетий назад, а его создатель Алан Тьюринг действительно видел другой тип вычислительной машины на фоне той, которая нам сейчас так знакома. А вдруг гиперкомпьютер станет для нас более удачным проводником реальности?

Впрочем, с реальностью, какой мы ее знаем сейчас, тоже не все так просто. Одни склонны полагать, что наши представления о возникновении Вселенной не нуждаются в дальнейших уточнениях, другие же сопротивляются такой самоуспокоенности. В сюжете о Большом взрыве слишком много дыр, и среди них слишком много таких, куда вроде бы подходят сделанные нами затычки, — или, по крайней мере, мы вроде бы знаем, как такие затычки изготовить. Однако не исключено, что когда мы залатаем нашу историю Вселенной, окажется, что заплаток больше, чем исходной ткани, и нам придется начинать все снова. Мы уже начинаем переосмысливать одну из важнейших составляющих этой истории: возможно, поток времени — не более чем иллюзия. Некоторые физики предполагают, что неустанное тиканье проходящих мгновений существует лишь в нашем сознании.

Часто кажется, что куда легче не обращать на все это никакого внимания и отправиться в глубь хорошо известного нам материка, подальше от края непознанного, где все эти i ждут, когда над ними расставят точки. В конце концов, мы — существа простые, нас преспокойно обманывают наши же органы чувств, наша внутренняя логика и наше желание упростить свои взаимодействия с миром. А эти сложные материи обнажают нашу слабость и не позволяют нам застраховаться от поражения. Их осмысление дается тяжело.

Впрочем, одна из замечательных особенностей человека — его неутомимая любознательность. Мы успели показать свою решимость биться с окружающей Вселенной до тех пор, пока она не выдаст свои тайны. Вот зачем мы отправляемся на край неопределенности: чтобы проводить изыскания, чтобы задавать вопросы, чтобы сражаться с другими (и с собой), дабы получить необходимые нам ответы. А затем, осознав, что при этом мы соприкоснулись с новыми вопросами и неожиданностями, мы надежно спрячем наши свежие открытия и снова нырнем в темные воды, дабы вытащить на свет какие-то еще невиданные вещи. Мы занимаемся этим уже много веков — и можно лишь надеяться, что еще много веков будем это делать. Как ни крути, а это — лучшее из всего, что когда-либо удавалось пережить человеку.

Да, наш таинственный и могучий мозг управляет нашим поведением: он наделяет нас любопытством, отвагой и упорством, побуждающими изо всех сил стремиться отыскать истину. К концу путешествия по переднему краю определенности (и за ним) может показаться, что ваш мозг хорошенько избили и теперь он весь в синяках. Но несмотря ни на что, он обязательно попросит вас не останавливаться и продолжить этот, признаться, очень непростой путь. Такие приключения — штука захватывающая. Если что, мы вас предупредили.

Вызывая огромный восторг аудитории, Густав Кюн показывает фокусы. Он заставляет шарики для пинг-понга исчезать и затем появляться в самых неожиданных и забавных местах. А потом он объясняет, как он это проделал: «Я просто манипулирую вашим вниманием, направляя его в нужную мне сторону. Я совершаю определенные движения рукой, и вы невольно следите за ней глазами, что дает мне возможность…» Он поворачивает голову, и наш взгляд следует за этим движением. И вдруг шарик снова оказывается у него в руке. Остается только аплодировать фокуснику.

Обычно слушатели не рукоплещут в первые минуты лекций на научные темы. Порой звучат жиденькие хлопки в конце, зачастую знаменующие просто облегчение от того, что наконец-то это кончилось. Но здесь, на шестнадцатом собрании Ассоциации научных исследований сознания, ауди тория была зачарована с самого начала.

По мнению Кюна, фокусы должна бы описывать отдельная наука. Он заявляет, что эффекты, создаваемые им и другими фокусниками, несомненны, значимы, воспроизводимы, а главное — полезны, иными словами, в этом они подобны всем хорошим научным результатам. Кюн и его напарник Рональд Ренсинк, еще один маг-ученый, полагают, что изучение хитростей фокусников поможет разобраться в особенностях нашего восприятия и познания (а также в том, как мы при этом обманываемся), понять, как у ребенка развивается понимание того, что возможно, а что нет. Быть может, попутно удастся выяснить, почему в нашем сознании так упорно держится вера в магию и что происходит, когда мозг развивается по неожиданному пути. Возможно, изучение фокуснической науки приведет к созданию новых трюков, к более эффективному взаимодействию с людьми и технологиями, даст возможность взглянуть на процесс решения проблем под новым углом. Но главное — не исключено, что такое исследование позволит нам лучше разобраться в том, что это вообще такое — обладать сознанием.

Когда-то изучение сознания считалось напрасной тратой времени. В конце концов, это ведь субъективное явление, а значит, в научной практике ему нет аналогов. Как я могу исследовать сознание другого человека, когда вынужден полагаться лишь на его отчеты? Как я могу исследовать собственное сознание, когда не могу отделить себя от него, отойти на какое-то расстояние, чтобы посмотреть на него со стороны? Каким-то неведомым образом эта губчатая масса у меня в черепной коробке создает нечто такое, чему мы дали имя «сознание», но если я запущу туда какой-нибудь зонд, тем самым я внесу в эту систему возмущение. У нас попросту нет способа поддерживать жизнь мозга вне черепа, и даже если бы такой способ имелся, неужели мы предполагали бы, что можно рассечь мозг и обнаружить в нем сознание?

В 1994 году философ Дэвид Чалмерс сформулировал тезис о сознании{10}, ставший заметной вехой в развитии науки (или просто мантрой — в зависимости от вашей точки зрения). Говоря о «трудной проблеме сознания», Чалмерс замечает, что сознание «ускользает из сетей редукционистских объяснений». Он подчеркивает: «Никакое объяснение, даваемое лишь в рамках физических принципов и понятий, никогда не позволит понять, как возникает сознательное восприятие». Иными словами, сознание невозможно объяснить путем обратной инженерии мозга[3]. Невозможно построить мозг и ожидать, что вы сумеете обнаружить, откуда в нем берется сознание. По своей природе сознание принципиально отличается от набора всех физических объектов, это нечто отдельное и особенное. Вот почему, заключает Чалмерс, вполне возможно, что мы живем в окружении зомби, которых невозможно выявить.

Наступление зомби-апокалипсиса показано в бесчисленном количестве фильмов. В некоторых герой использует трюки, требующие ловкости рук, чтобы дать своим близким время убежать. Из этого, казалось бы, тривиального наблюдения следует интересный вопрос о природе сознания и один из важных доводов Чалмерса. Удастся ли увлечь и отвлечь зомби при помощи кюновских хитростей? Как зомби относятся к фокусам?

Следует отдать должное Чалмерсу: он не говорит о знакомых нам по фантастике вечно голодных ходячих мертвецах с отвисшими складками плоти. Таких тварей легко вычислить по ковыляющей походке, по нечувствительности к боли или травме, по неспособности общаться с другими и по застывшему взгляду. О нет, речь идет о точной копии нормального человека, которая с виду выглядит так же, как мы с вами. Такие зомби ходят как обычный человек и вполне способны поддержать беседу. Они даже могут сказать вам: мол, они что-то чувствуют. Но вы должны тут же задаться вопросом: как проверить, говорят ли зомби правду? Проверить это невозможно.

То же самое можно сказать и о ваших коллегах. Как указывал еще Декарт, вам известно, что сами-то вы обладаете сознанием: «Cogito, ergo sum» («Я мыслю, следовательно, я существую»). Но как вам узнать, обладает ли сознанием кто-то еще? Единственной отправной точкой служит тот факт, что все другие люди кажутся вам похожими на вас. Они реагируют на внешние раздражители (скажем, на удар по руке) так же, как отреагировали бы вы сами. Задайте им вопрос, и они ответят на него ожидаемым образом, спустя ожидаемый промежуток времени. Но если вы спросите, что они сейчас испытывают, вы не в состоянии определить, не говорят ли они вам лишь то, что вы (по их мнению) ожидаете услышать. Не исключено, что на самом деле они вообще ничего не чувствуют. Возможно, они просто знают, какие ощущения должны возникать у человеческого существа в такой ситуации. И отвечают соответственно.

В этом и состоит зомби-гипотеза: возможно, все вокруг вас лишены какого бы то ни было осознания себя, чувства собственного Я, и если это так, вы совсем не обязательно об этом знаете. Вот более наглядный пример: вообразите вашу копию, которая и физически, и умственно обладает полным сходством с вами. Она выглядит, ведет себя и говорит, как вы, даже думает как вы, что позволяет ей отвечать на вопросы, которые ей задают, точно так же, как ответили бы вы сами. Единственное отличие между вами состоит в том, что у этой вашей копии нет осознания себя: по сути, это просто автомат.

Сам факт, что вы можете это себе представить, утверждает Чалмерс, означает, что такое теоретически возможно. А значит, заключает он, сознание должно быть чем-то высшим, чем-то таким, что находится как бы над нашей физической плотью и над процессами, протекающими у нас в мозгу, над восприятием, которое возникает благодаря нашим органам чувств, над нашими реакциями на это восприятие и над нашими сообщениями об этих переживаниях и впечатлениях.

Это «что-то» как раз и делает нас чем-то большим, нежели зомби. Можно даже сказать, что эта разница и определяет сознание. Именно это качество дает нам ощущение себя, того, что мы чувствуем, способность к самонаблюдению и самоанализу, к изучению и оспариванию нашего места в мире. Возможно, именно эта черта позволяет нам восхищаться фокусами. Возможно, именно благодаря ей мы умеем плакать и смеяться. По сути, именно она делает нас людьми. Философы столетиями пытались выделить эту квинтэссенцию осознания себя. Замечательнее всего то, что сегодня наука наконец-то обеспечивает нас методами исследования этой проблемы, не сводящимися просто к размышлениям о ней. Наука ухитрилась придумать свои фокусы, которые, судя по всему, все-таки убили этого таинственного зомби. Теперь мы вполне можем встать над его поверженным трупом и провозгласить, что в итоге мы одержим победу, ибо уже сейчас понимаем: сознание должно иметь физические корни, а значит, рано или поздно его удастся постичь научными методами.

Вся работа по исследованию сознания, которую успели проделать ученые, дала немногочисленные модели, которые, по сути, пытаются описать, что же творится у нас в голове. Две из этих моделей считаются наиболее многообещающими. Одна — теория глобальной нейронной мастерской, сочетающая в себе идеи психологии и нейронаук. Согласно этой теории, все сигналы от окружающего мира (осязательные, вкусовые, зрительные, слуховые, обонятельные…) сначала обрабатываются на подсознательном уровне. Лишь очень немногие из этих сигналов дойдут до вашего внимания: такое происходит только в тех случаях, когда подсознательная обработка достигает определенной интенсивности, тем самым включая своего рода тумблер, который, в свою очередь, активирует области мозга, отвечающие за сознательную обработку информации. Нейробиолог Дэниэл Бор сравнивает это с «прожектором, высвечивающим какое-то место на сцене»{11} или с «беглыми набросками на многофункциональной доске познания». Попросту говоря, при этом включается наша кратковременная память: хотя такие воспоминания держатся всего одну-две секунды, этого хватает, чтобы при необходимости строить какую-то картину мира.

Главный соперник такого подхода — так называемая теория информационной интеграции. Модель переводит сознание на язык информационной теории, рассуждая о наборах данных, которые при суммировании дают нечто большее, чем просто сумма отдельных частей. Автор этой теории — итальянский психиатр и исследователь сна Джулио Тонони. Во многих отношениях он являет собой противоречивую фигуру: несмотря на то что его теория едва встала на ноги, он уже провозгласил, что она позволит создать универсальный измеритель сознания, способный определять «уровень» сознания всего на свете: от червяка до компьютерной сети. Однако теория информационной интеграции рассматривает работу нейронной сети в целом и не пытается объяснить, что происходит в отдельных физических структурах мозга. А значит, она не особенно пригодна для простых экспериментов вроде тех, которые используются для проверки теории глобальной мастерской. Впрочем, у нее имеются вполне солидные поклонники{12}. «Это единственная по-настоящему перспективная теория сознания», — заявил Кристоф Кох[4] в интервью Карлу Циммеру, известному автору New York Times.

Однако приходится признать, что десятилетия исследований привели к созданию теорий сознания, которые все-таки не совсем нас удовлетворяют. Психологи и нейробиологи во многом напоминают Дарвина, путешествующего на корабле «Бигль»: они по-прежнему лишь собирают образцы и проводят наблюдения всяких интересных штук, которые делает мозг. Честно говоря, они не очень-то продвинулись в объединении всех этих находок в какую-то связную теорию, которая объясняла бы наш субъективный опыт, связанный с осознанием окружающего, или наши умозаключения о разных вещах, или то, как вещество нашего мозга порождает переживания, отличающиеся от тех, которые свойственны зомби, лишенному осознания. Однако именно эта неполнота имеющихся теорий позволила исследователям наконец-то расправиться с зомби.

Лидер охотников на зомби — несомненно американец Дэниэл Деннет, философ из Университета Тафтса. Его стратегия необычайно проста. Предположим, никакого сознания вообще нет, а наше восприятие мира, осознание себя и собственного мышления на самом деле лишь иллюзия. Возможно, наш мозг просто обманывает нас, убеждая, будто в нашем существовании есть некий высший смысл, всеобъемлющий сюжет.

В 1991 году Деннет выпустил книгу под громким названием{13} «Объяснение сознания». Автора тут же обвинили в самонадеянности и высокомерии, но, быть может, критикам не следовало бы торопиться с выводами. В «Приложении для ученых» Деннет сделал такое предсказание: если его теория верна, мы должны не обращать внимания на многие незначительные изменения, исподволь вкрадывающиеся в окружающий нас мир. Такая слепота по отношению к изменениям, пояснял он, возникает из-за того, что наше сознательное зрительное восприятие не является точным отражением того, что на самом деле находится перед нами.

Гипотеза Деннета напоминает идею фильма «Матрица», где представления людей о реальности на самом деле являют собой имитацию, тщательно сшиваемую из многих фрагментов и поступающую непосредственно в человеческий мозг: поставкой этой информации занимается раса машин. По мнению Деннета, никаких таких машин нет, есть лишь мозг. Но и в машинной имитации «Матрицы» все-таки иногда случаются глюки и сбои. И если тщательно вглядываться в наш мир, можно увидеть что-то подобное — «швы» в картине реальности, которую формирует для нас мозг. И Деннет оказался прав.

Рональд Ренсинк проделал большую работу, стремясь подтвердить гипотезу Деннета. Он провел серию экспериментов, показывающих, что человек упускает из виду, казалось бы, очевидные вещи, которые находятся прямо у него перед глазами. Почему так происходит? Здесь полезно обратиться к проблеме фовеальных саккад.

Эволюция глаза и системы обработки зрительной информации вынуждена была принять целый ряд мер, направленных на повышение эффективности. Вероятно, в этом смысле замечательнее всего тот факт, что — даже если не учитывать моргания — в каждый обычный период вашего бодрствования (то есть с утра до вечера) мозг не обрабатывает визуальную информацию на протяжении в общей сложности примерно четырех часов. Дело в том, что ваша сетчатка получает весь зримый образ мира на участке плотно упакованных фоторецепторов, имеющем диаметр около миллиметра. Это так называемая центральная ямка (fovea centralis), которая фиксирует детали и краски окружающего вас мира. Однако она считывает эту информацию с области, которая примерно соответствует площади ногтя большого пальца, если смотреть на него, вытянув руку. Ваше зрение схватывает все остальное, что находится перед вами в данный момент, с гораздо меньшим разрешением, к тому же в черно-белом режиме. Сдвиньтесь от четкого центра на 10 градусов, и вы будете получать всего около 20 % от максимального количества зрительной информации. Иными словами, почти всё, что вы видите, записывается как размытая черно-белая картинка.

Почему же мы не отдаем себе отчета в столь «низкокачественном» восприятии мира? Дело в том, что наши глаза постоянно совершают небольшие движения, захватывая фовеальными рецепторами как можно большую зрительную область. В среднем три раза в секунду, каждый раз примерно по 200 миллисекунд, вы записываете картинку с высоким разрешением, а затем ваш глаз снова приходит в движение. В промежутках между этими саккадами (быстрыми порывистыми движениями) мозг отключает обработку зрительной информации, чтобы вы не воспринимали размытую картинку, возникающую при этом перемещении глаз. В статье, опубликованной в журнале Trends in Cognitive Sciences, Дэвид Мелчер и Кэрол Колби подсчитали, что 100 миллисекунд «офлайн» примерно 150 тысяч раз в день соответствуют четырем часам слепоты{14}. Вы этого не замечаете, поскольку ваш мозг сшивает воедино ту информацию, которую он уже получил в процессе обработки визуальных сигналов, создавая иллюзию непрерывного визуального восприятия без всяких швов и зазоров. Но это ничто по сравнению с иллюзиями, которые выявили исследователи невосприятия изменений.

Деннет, работая вместе со своим коллегой Дэниэлом Саймонсом, провел несколько ошеломляющих (и очень увлекательных) экспериментов{15}, показывающих, что плавное и непрерывное течение нашего визуального осознания мира — лишь иллюзия. Используя фотографии, которые быстро подменялись между двумя просмотрами, исследователи показали, что лишь 50 % испытуемых заметили, когда мужчины на снимках обменялись головами. И никто не заметил, когда эти мужчины обменялись шляпами, имевшими разный цвет. Из-за «фрагментарного восприятия визуальной информации» 67 % испытуемых, которым показывали короткий фильм, где актер поднимается со стула, не замечали, когда одного актера подменяли другим при определенном угле камеры. То же самое происходит и без всякого кино. В ходе одного классического эксперимента актер останавливает прохожего на улице и спрашивает, как ему пройти туда-то. Во время разговора два других актера, несущих дверь, грубо вклиниваются между собеседниками. Пока дверь заслоняет вопрошателя от испытуемого, первого актера подменяет четвертый. Примерно в 50 % случаев испытуемый спокойно продолжает объяснять дорогу, не осознавая, что он говорит уже с другим человеком.

И это не из-за сходства во внешности актеров: даже если у них разная одежда, разная прическа, разный рост, разное телосложение, разный голос, в половине случаев люди просто не замечают этой перемены.

Это невосприятие изменений может даже приносить пользу. Киномонтажеры, подобно фокусникам, вовсю используют всякие трюки и отвлекающие приемы. В своей фундаментальной книге «О киномонтаже» Эдвард Дмитрык отмечает, что иногда можно заставить зрителя моргнуть{16}, что дает вам пятую долю секунды на то, чтобы незаметно для зрителей сменить план или угол камеры. Он предлагает использовать для этого стук захлопнувшейся двери, хотя, по его мнению, тот же эффект дает любой резкий звук (например, выстрел). «Монтажер приурочивает переход или склейку к тому самому моменту, когда глаза зрителя моргают или же захвачены движением на экране, подобно тому, как фокусник маскирует движение, которое требуется скрыть от публики, отвлекая ее взгляд широким взмахом своего плаща или резким жестом второй — „маскирующей“ — руки».

Но и киномонтажеры обладают невосприимчивостью к перемене. Вот откуда берутся многие забавные киноляпы. Так, в «Славных парнях» Мартина Скорсезе есть сцена, где ребенок играет с кубиками. Необдуманный монтаж привел к тому, что кубики почему-то меняют цвет или же оказываются сложены в другом порядке, хотя на экране эти изменения не получают никакого объяснения. В другой сцене загадочным образом исчезает батон хлеба. Ни того ни другого явно никто не заметил до выхода картины, да и большинство зрителей не обращают на это внимания. А в «Волшебнике из Страны Оз» есть сцена, где алые туфельки Дороти на мгновение превращаются в черные. В «Аватаре» есть момент, где мячи для гольфа словно бы сами по себе движутся по полю.

Такие наблюдения, конечно, очень увлекательны и забавны, но в них есть и серьезная сторона. Искушенные экспериментаторы показывают с их помощью, что мы не обращаем на окружающий мир должного внимания, что мы почти не помним подробностей того, что происходит вокруг, и на самом деле мы просто не видим того, что, как нам кажется, мы видим. Наше сознательное восприятие вовсе не такое, каким оно нам мнится. Особенности сознания показывают: в ходе эволюции оно сформировалось как нечто, что дает нам представления о мире, «достаточные лишь для того, чтобы выжить». Это продукт нашего восприятия, получаемого от органов чувств, не больше и не меньше. Это не какое-то дополнительное качество, которое либо присутствует (у человека), либо отсутствует (у зомби). Нет, ситуация вовсе не столь однозначная. Скорее уж речь должна идти не о простом выключателе, а о реостате с ползунком. Отсюда следуют важные выводы, и не в последнюю очередь для животных, которые живут рядом с нами на этой планете.

7 июля 2012 года группа специалистов по изучению сознания собралась в кембриджском Черчилль-колледже. Сюда съехались не философы, а когнитивные нейропсихологи, нейрофармакологи, нейрофизиологи, нейроанатомы и нейроинформатики. Вместе они составили «Декларацию о сознании»{17}.

В сущности, декларация стала реакцией на многочисленные новые факты, указывающие на существование «нейронных коррелятов сознания». Считываемые нами сигналы мозга способны поведать нам кое-что о субъективных переживаниях того существа, чей мозг мы изучаем. Как выясняется, чувства и эмоции в изобилии присутствуют и у животных, и у совсем юных людей[5]. Чувства и эмоции есть у беспозвоночных, скажем, у насекомых и осьминогов. Есть они и у птиц: как заявляют авторы декларации, «наиболее убедительные свидетельства того, что птицы обладают почти человеческим уровнем сознания, получены при изучении африканского серого попугая». Зебровая амадина (птица из семейства вьюрковых) демонстрирует сон с быстрыми движениями глаз, а значит, у нее явно бывают сновидения. Сороки способны узнавать себя в зеркале точно так же, как дельфины, слоны и наши родичи по семейству гоминид.

Исходя из всех этих фактов, авторы декларации провозгласили: «Животные обладают нейроанатомическими, нейрохимическими и нейрофизиологическими субстратами сознательных состояний, а также способностью к целенаправленному поведению… Человек не уникален в наличии нейрологических субстратов, создающих сознание. Животные, в том числе все млекопитающие и птицы, а также многие другие существа, включая осьминогов, также имеют эти нейрологические субстраты».

Свое заявление они почему-то решили подписать в присутствии Стивена Хокинга. Что ж, возможно, это неплохой выбор. Кто стал бы отрицать, что у Хокинга, этого блистательного космолога, есть сознание? Он явно отлично осознает то, что его окружает, способен на такие чувства, как радость или грусть, а кроме того, это великолепный и неутомимый мыслитель. Но лишите его технологий, которые позволяют ему общаться с окружающими, и помощников, которые помогают ему удовлетворять физические потребности, — и можно будет довольно убедительно оспаривать наличие у него сознания.

Вот почему эта сфера исследований так важна. Понимание сознания играет ключевую роль в выстраивании правильных взаимоотношений с животными. Но оно может помочь человеку и в вопросах, связанных с главной проблемой человечества — с проблемой смерти.

В 1985 году, когда Хокинга госпитализировали с пневмонией, врачи спросили его жену Джейн, не желает ли она, чтобы его систему жизнеобеспечения отключили. Стивен Хокинг тогда еще не стал знаменитостью (его «Краткая история времени» была не опубликована), и его диагноз (поражение двигательных нейронов) как будто предполагал, что жить ему остается недолго. Он находился в медикаментозной коме. Медики готовы были поставить точку, если бы Джейн приняла такое решение.

Иногда весь колоссальный опыт сегодняшней медицины, ее способность поддерживать существование человека представляются каким-то современным проклятием. Смерть всегда где-то рядом с нами. Мы представляем собой весьма небольшое число животных, которые существуют с пониманием того, что когда-нибудь умрут. Еще тяжелее оказаться в ситуации, когда момент прекращения чьей-то (человеческой) жизни зависит от вас. Вероятно, именно поэтому нам так трудно иметь дело с человеком, находящимся в коме: порой он кажется нам живым мертвецом. В присутствии пациента, погруженного в кому, выпавшего из любых форм привычного нам общения (будь то разговор или жестикуляция), нас и самих охватывает что-то вроде паралича. Мы не знаем, какой поступок будет «правильным».

Джейн Хокинг сказала «нет». Но многие другие в аналогичном случае сказали «да». Будем надеяться, что они не слышали о недавнем открытии Адриана Оуэна{18}: оказывается, когда мозг получает, казалось бы, катастрофические повреждения, даже приводящие, казалось бы, к перманентному вегетативному состоянию, пациент иногда продолжает пребывать в сознательном состоянии.

Команда исследователей, возглавляемая Оуэном, сумела достучаться до мужчины, случай которого удовлетворял всем международным критериям вегетативного состояния. Этот пациент сумел дать 200 откликов на прямые команды. Он не мог общаться с окружающим миром, но полученная группой Оуэна электроэнцефалограмма (ЭЭГ) электрической активности его мозга показала, что пациент реагирует на внешние сигналы точно так же, как мы с вами (если бы нас связали по рукам и ногам, заткнув нам при этом рот). «Вероятно, он точно так же пребывает в сознании, как вы или я», — заметил Оуэн в интервью Челси Уайт{19} из New Scientist.

Следует отметить, что такую реакцию показал лишь один пациент из изучавшихся девятнадцати. Только три из этих больных, находящихся в вегетативном состоянии, продемонстрировали «надежные признаки сознания», причем ученые продолжают спорить, что такое надежный отклик и, конечно, о том, что такое сознательный отклик. Тем не менее тут открывается большая область для исследования. К тому же недавно сделали удивительное открытие: пациенты, находящиеся в коме, демонстрируют эмоциональную реакцию на музыку! Опять же, они не в состоянии показать это при помощи внешних проявлений, но частота сердцебиения у них при этом меняется — точно так же, как у нас с вами. Разумеется, не нужно спешить с выводами: такое изменение частоты сердечных сокращений не обязательно означает, что эти пациенты хоть в какой-то степень обладают сознанием, но данную область тоже не помешает хорошенько изучить. Если эти люди действительно просто «заперты в самих себе», это коренным образом меняет то, как мы должны к ним относиться. Оуэн полагает, что первым делом нам следует научиться определять, испытывают ли они боль. А затем использовать достижения техники, чтобы дать им возможность общаться с окружающим миром. Специальные устройства-посредники все лучше и лучше считывают и интерпретируют мозговую активность. Быть может, всего через несколько лет мы сможем поддерживать осмысленную беседу с больными, находящимися в коме. В конце концов, долгое время казалось, что такая беседа совершенно неосуществима с пациентом Кариссы Филиппи, которого принято в медицинской литературе называть Р. Он даже не был в коме, однако с ним далеко не сразу удалось наладить коммуникацию.

Р. — мужчина, некогда окончивший колледж. В момент исследования ему было 57 лет. Его мозг претерпел серьезные повреждения из-за герпетического энцефалита. Вирус энцефалита разрушил островковую область коры, переднюю поясную кору, срединные области префронтальной коры. Эти три области мозга жизненно важны для самоосознания. Специалисты считали: Р. должен превратиться в зомби{20}.

Однако он им явно не был. Когда исследователи спрашивали у него, как он определяет сознание, Р. отвечал вполне убедительно: что это «знание тела о том, что происходит в окружающей его среде, и реакция на это». Ему задавали вопрос: «Как по-вашему, ощущение своего Я — это скорее какая-то идея?» «Да. Это идея в вашем мозгу». Несмотря на нехватку мозгового материала, который, как полагали, необходим для сознания, Р. совершенно не казался зомби.

Р. не чувствует вкуса и запаха, страдает ярко выраженной потерей памяти, однако он находится в сравнительно неплохой форме. Исследователи из штата Айова подвергли его тестированию и сканированию. Они обнаружили, что уровень его интеллекта в пределах нормы и он узнает себя в зеркале. Один из экспериментаторов незаметно нанес ему на нос черную подводку для глаз, и Р. сразу же стер ее, как только увидел свое отражение спустя пятнадцать минут (этого времени было достаточно, чтобы он полностью забыл контакт исследователя с его лицом). Он понимает, что сам совершает собственные действия, и знает, какие последствия они вызывают. К примеру, он не может сам себя щекотать, вызывая типичную для щекотки рефлекторную реакцию, как не может этого никто из тех, кто понимает, какие действия совершают они сами и какие действия совершают окружающие. Когда больного просят немного заняться самоанализом, он говорит, что может это делать. Исследователи пришли к четкому и недвусмысленному выводу: хватит представлять себе сознание как нечто находящееся в какой-то одной «высшей», более развитой части мозга. «Р. — человеческое существо, обладающее сознанием и разумом, отдающее себе отчет в своих действиях и чувствующее свое Я», — заявляют они. Такое осознание себя, заключают они, «скорее всего, возникло благодаря перераспределению взаимодействий между сетями разных областей мозга».

Пожалуй, это неудивительно. Мы знаем, что префронтальная теменная сеть, вроде бы играющая центральную роль в сознательной обработке информации, содержит мозговые структуры, которые имеют больше всего связей с другими участками мозга. В этом сознание напоминает Интернет, где процессы обработки информации тоже носят очень распределенный характер и ни одно конкретное место не привязано к конкретной задаче. Разумеется, какие-то задачи выполняются в определенных областях мозга, но, как показывает случай с Р., человеческий мозг способен адаптироваться к повреждению, как и Интернет. Хакеры неоднократно пытались отключить Всемирную сеть, разрушая отдельные ее части. Так, целью колоссальной атаки 2007 года стали тринадцать серверов, где хранились важнейшие данные. Два сервера вышли из строя, но остальные одиннадцать продолжали работать как ни в чем не бывало. После этой атаки систему модифицировали, чтобы серверы могли заменять друг друга: если один «упадет», другой возьмет его роль на себя.

Некоторые убеждены, что Интернет рано или поздно проявит какую-нибудь форму сознания. Пока эта гипотеза кажется слишком уж смелой, но скоро мы сможем ее проверить. Мы вот-вот начнем конструировать искусственный мозг, а для таких штук шансы появления сознательного мышления (а том или ином виде) еще выше. Но прежде чем начать исследовать этот фронтир, следует рассмотреть довольно провокационный вопрос.

«Может ли машина мыслить?» Хороший вопрос, не зря же Хью Лёбнер поместил его на свою золотую медаль. Лёбнер вообще был большой оригинал. Помимо всего прочего, он неустанно выступал в защиту прав работников секс-индустрии, а еще он (если верить прессе) был маниакально одержим идеей создания искусственного интеллекта (ИИ). Есть определенная ирония судьбы в том, что ежегодный конкурс на получение премия Лёбнера вызывает такое бешеное негодование у серьезных исследователей ИИ.

Идея проста. Лёбнер обещал выплатить 100 тысяч долларов создателю компьютера, способного поддержать (в письменной форме) беседу, по которой его нельзя будет отличить от собеседника-человека. Премия должна выдаваться вместе с медалью из 18-каратного золота[6], на одной стороне которой лицо Алана Тьюринга, а на другой — его знаменитый провокационный вопрос.

Вопрос этот взят из статьи Тьюринга 1950 года{21} «Вычислительная техника и разум». Тьюринг подчеркивал, что достаточно умелая машина, запрограммированная соответствующим образом, может оказаться способной поддерживать разговор (посредством телетайпа), в котором она будет неотличима от человека. Он назвал это «имитационной игрой» и предложил использовать ее как мысленный (по крайней мере, на первых порах) эксперимент, призванный выяснить, умеет ли человеческий мозг делать что-то такое, что не под силу машине.

Даже сейчас трудно понять, имеет ли тест Тьюринга какую-то реальную ценность, однако ежегодное развеселое празднество, сопровождающее лёбнеровский конкурс (впервые проведенный еще в 1991 году), явно показывает, что наши достижения по части ИИ пока еще очень скудны. Никто пока и близко не подобрался к получению заветной золотой медали, а те беседы, которые ежегодно ведет лучший из компьютеров, участвующих в конкурсе (его создатель получает бронзовую медаль и две тысячи долларов), несуразны почти до комичности. Несмотря на столь мало впечатляющие результаты, Лёбнер упорно продолжал настаивать, чтобы ежегодные соревнования проводились и дальше, так что Марвин Минский, один из пионеров ИИ, предложил заплатить сто долларов любому, кто убедит Лёбнера сжалиться и прекратить эти абсурдные состязания[7]. Впрочем, Лёбнер и слышать об этом не желал. (Он вообще был человеком непростым. В 2003 году журнал Salon изящно написал о нем: «По традиции каждый лёбнеровский конкурс завершается тремя событиями{22}: победители хватают свои призы и устремляются к ближайшему выходу, Хью Лёбнер купается в лучах славы, а организаторы, предоставившие помещение, клянутся: «Больше никогда».)

Знаменитый тест стал не первым набегом Тьюринга на сферу машинного интеллекта. В 1948 году, еще работая в Национальной физической лаборатории Великобритании (расположенной в Лондоне), он написал потрясающую статью под названием «Разумная техника»{23}. В ней описывается «неорганизованная машина», искусственные нейроны которой соединены случайным образом, и эти связи можно при необходимости модифицировать. Он показал, что если такая сеть достаточно обширна, то она сумеет выполнять все функции обычного компьютера. Здесь-то, предположил Тьюринг, и кроется возможное объяснение того, почему человеческий мозг, при всей своей неупорядоченности, способен на весьма высокий уровень обработки информации.

Эту работу не слишком благосклонно принял шеф Тьюринга — сэр Чарльз Дарвин (внук знаменитого Дарвина). Он назвал ее «школьным сочинением» и разрешил опубликовать статью лишь через{24} четырнадцать лет после смерти Тьюринга. Тогдашние вычислительные машины были слишком несовершенны, чтобы кто-нибудь мог всерьез рассматривать возможность имитации человеческого разума с их помощью.

Тьюринг был настоящий гений, однако, предлагая свой тест, он упустил из виду (быть может, намеренно) любопытную проблему, которая касается мыслящих машин. Его биограф Эндрю Ходжс предполагает, что сама идея этого теста — своего рода обходной маневр, «позволяющий Тьюрингу избегать дискуссий о том, что такое сознание». Возможно, углубление в идеи машинного сознания могло бы в те времена показаться слишком уж смелым шагом для человека, которого и без того считали опасным вольнодумцем. Ведь та знаменитая статья 1948 года начиналась с утверждения, способного насмешить многих его современников.

«Я предлагаю заняться изучением вопроса, может ли машина демонстрировать разумное поведение, — писал Тьюринг. — Обычно принимают как должное, что это невозможно». С тех пор прошло больше полувека, и Пентти Хайконен ответил на вопрос Тьюринга. Он не стал возиться с доводами «за» и «против» по поводу машин, ведущих себя как разумные существа. Он просто сконструировал такую машину и научил ее испытывать боль.

Боль — любопытное явление{25}. В сущности (как подчеркивает Хайконен), это результат возникновения сигнала, указывающего на то или иное повреждение клеток. Для мозга болевой сигнал в общем-то ничем не отличается от сигнала, который посылает зрительная или слуховая система. Но зрительные и слуховые сигналы могут обрабатываться без особого внимания к их содержанию, тогда как болевые сигналы, наоборот, привлекают внимание. Кроме того, они модифицируют наше поведение, заставляя отыскать способ минимизировать наносимый нам ущерб. Хайконен пишет: «Это глобальное привлечение внимания необходимо, поскольку сам по себе болевой сигнал не знает, что нужно сделать для того, чтобы ущерб перестал наноситься». Вот почему это послание передается по всем системам тела и мозга, прерывая все идущие в них процессы и заставляя нас реагировать, порой весьма остро, — кричать, корчиться, отпрыгивать в сторону. «Я считаю такое распространение сигнала, прерывающее все прочее, фундаментальным свойством боли», — замечает Хайконен. Потому-то он и решил соорудить робота, который будет способен реагировать на боль.

Когда Хайконен бьет своего Экспериментального Когнитивного Робота{26} (ЭКР), тот отступает. Изобретатель даже может научить его бояться того, что ассоциируется с возможным страданием. При этом робот не снабжен никаким компьютером в современном смысле слова! У него нет ни микропроцессоров, ни программ, в его распоряжении лишь компоненты обычной электросхемы — провода, резисторы, диоды и тому подобное. Из деталей такого же типа Тьюринг конструировал свои первые вычислительные машины. Когда Хайконен показывает ЭКР зеленый предмет и спрашивает, какого он цвета, тот дает верный ответ. Затем изобретатель слегка стучит ручкой по спине робота. «Ой, больно», — жалобно голосит робот и отодвигается от ручки подальше. Благодаря своим электронным схемам (без всяких программ) ЭКР теперь ассоциирует этот цвет с отрицательной эмоцией. «Зеленый — плохо», — изрекает он, когда затем перед его глазами помещают зеленый предмет. И отступает.

Но в жизни ЭКР есть и свои удовольствия: Хайконен может подарить ему желания. Поглаживание робота по его верхней части создает положительные ассоциации с тем, что в этот момент находится в поле его зрения. В результате робот движется в сторону этого объекта и обнимает его при помощи своих механических рук.

Хайконен убежден, что его подход к сознанию проложит путь для конструирования разумных роботов, обладающих не только эмоциями, но и внутренней речью, а также способностью представлять себе образы. Это будут никакие не зомби. Его роботы, уверяют Хайконен, захотят получать удовольствие.

Раз уж мы заговорили о потребностях, желаниях, обучении, страданиях и боли, вам должно показаться, что мы сумели сделать примитивное сознание, что бы там ни бормотали теоретики. Иногда экспериментальный подход к изучению сознания (а метод Хайконена лишь один из множества подобных) кажется куда более многообещающим, чем все то, чего удается достигнуть теоретикам. И куда более радужные перспективы рисуются перед нами, когда мы вдруг обнаруживаем, что способны построить мозг целиком.

В 2013 году редакционная статья{27} в одном из номеров Nature возвестила скорый приход кардинальных изменений в научных перспективах человечества: «Технологии сейчас достаточно усовершенствовались, чтобы мы уже могли представить себе день, когда по-настоящему поймем смутные механизмы действия нашего самого сложного органа — мозга». И хотя этот день пока очень вдалеке, «ученых больше не считают сумасшедшими, когда они сообщают, что заметили где-то на горизонте проблеск этого будущего».

Сегодня исследователи из более чем 130 различных организаций договорились совместно в течение десяти лет работать над созданием беспрецедентного симулятора человеческого мозга на базе обычных цифровых (так сказать, «организованных») компьютеров.

Это очень амбициозный проект. На первый взгляд, человеческий мозг представляет собой просто полужидкий ком, но более пристальное исследование показывает, что это, вероятно, самый сложный объект во Вселенной. Он состоит из клеток, называемых нейронами и соединенных между собой тончайшими нитями, состоящими из аксонов. Нейроны обмениваются электрическими и химическими сигналами. Порядка ста миллиардов нейронов (каждый связан примерно с 7000 других) в своей совокупности каким-то образом формируют сознание.

Причем эту систему в принципе возможно воссоздать, поскольку трехмерные карты мозга, полученные с помощью электронных микроскопов, могут дать разрешение до нескольких нанометров. Нейроны и аксоны невелики (диаметр нейрона — всего 20 микрон), но это достаточно большой размер, когда вы умеете видеть вещи, которые в тысячу раз меньше. Мы постепенно собираем воедино всю информацию, необходимую для построения нейронной карты мышиного мозга (он содержит около 75 миллионов нейронов). Конечно, человеческий мозг с его 86 миллиардами нейронов — штука гораздо более сложная, но его картографирование сейчас уже не кажется чем-то совершенно немыслимым.

От таких планов захватывает дух. Исследователи надеются, что (при условии развития технологий — и при финансировании, составляющем в общей сложности около миллиарда евро: эту сумму уже ассигновали, и европейские лаборатории начали получать соответствующие гранты) к 2023 году они создадут симулятор человеческого мозга. Вычислительные мощности удваиваются каждые 18 месяцев, и колоссальная сеть процессоров, необходимая для проекта «Мозг человека», должна появиться, опять же, к 2023 году. Ее должно хватить для детального моделирования межнейронных связей и входящих / исходящих потоков ионов, передающих сигналы как между отдельными нейронами, так и между разными участками мозга.

Организаторы проекта «Мозг человека» заявляют, что их цель — исследовать, что происходит, когда в мозгу случаются неполадки: например, при таких недугах, как болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона. Негласно подразумевается, что будущий кремниевый мозг может проявить какую-то форму сознания, что возвращает нас к проблеме зомби.

Раньше считалось, что сознание таится лишь в коре головного мозга, в этой области, возникшей — по эволюционным меркам — сравнительно недавно. Однако теперь мы знаем, что некоторые существа, у которых нет коры головного мозга, тоже принимают сознательные решения и проявляют различные эмоциональные состояния. В своей книге «Животная справедливость» Марк Бекофф и Джессика Пирс отмечают: «Мы не единственные существа, обладающие понятиями о нравственности»{28}. «Кембриджская декларация о сознании» выражается на сей счет весьма определенно: «Нейросубстраты эмоций, судя по всему, не ограничены кортикальными [корковыми] структурами… В каких участках мозга животных мы ни вызывали бы инстинктивное эмоциональное поведение, многие из получаемых поведенческих реакций соответствуют переживаемым эмоциональным состояниям, в том числе внутренним состояниям, связанным с вознаграждением и наказанием. Глубокая стимуляция аналогичных систем человеческого мозга может порождать сходные эмоциональные состояния». Иными словами, сознание «происходит» в мозгу — по всему мозгу. А значит, построенный нами искусственный мозг вполне способен продемонстрировать появление сознания, тем самым убивая пресловутого зомби.

Стэнфордский философ Пол Скоковски отмечает{29} в своем эссе «Я — зомби»: «Наши микрофизические и функциональные дубли, обитающие в мире-копии, должны испытывать сознательные переживания точно так же, как и существа, населяющие наш мир, то есть мы сами». Отсюда он делает вывод, что зомби как дубли, полностью лишенные способности к сознательному восприятию, попросту невозможны. «Так что, прошу вас, — добавляет Скоковски, — не рыдайте вместо вашего дубля-зомби: в конце концов, он точно так же умеет чувствовать боль, как и вы». Патрисия Чёрчленд называет это чуть менее изящно — «проблемой надувательства»{30}. Суждения о зомби, которые приводит Чалмерс, являются, по ее мнению, сущей мистификацией, ловкостью рук — и ничем, по сути, не отличаются от фокусов Гюстава Кюна.

Почему? Потому что мы в общем-то способны расправиться с легкими проблемами сознания: скажем, выяснить, как у нас формируются воспоминания, которые мы потом черпаем из закромов памяти с помощью сознания; как наше зрительное восприятие становится сознательным наблюдением какого-то определенного объекта; каковы различия между состояниями бессознательного сна и бодрствования; как мы обращаем на что-то внимание; почему иногда испытываем боль, лишь когда сосредотачиваемся на ее источнике… — и вдруг обнаружить, что никакой «Трудной проблемы сознания» не осталось.

Возражения против этой теории, которые не раз высказывались, Чёрчленд уподобляет возражениям, которыми встречали многие другие революционные научные идеи: «Когда людям говорили, что Земля движется, они лишь хохотали: им казалось, что это нелепо и совершенно невообразимо». Может быть, лучшая аналогия — трудности, когда-то возникавшие у тех, кто пытался представить себе свет как электромагнитную волну. Свет с давних пор имел особое религиозное и эмоциональное значение, и казалась почти унизительной сама мысль о том, что в его основе лежит то же явление, которое служит причиной магнетизма или статического электричества. Такое же недоверие вызывает идея о том, что наше сознание — продукт электрических взаимодействий между нейронами. Но мы еще свыкнемся с этой мыслью. По мнению Чёрчленд, уже в ближайшие десятилетия мы будем удивляться, почему это проблема сознания казалась людям такой сложной.

Ну а наш зомби будет к тому времени мертв. Психологические интерпретации, связанные с работой мозга, в сочетании с ростом понимания того, что происходит в организме на клеточном или даже молекулярном уровне, откроют для нас много нового. В чем-то это будет похоже на наше сегодняшнее понимание взаимозависимости электромагнитных волн и того явления, которое мы называем светом. Нейронные импульсы и сознание неразделимы, так что зомби, этот набор нейронов без всякого сознания, попросту исчезает как логически недопустимый объект. «Это не два объекта, охватывающие друг друга{31}, это на самом деле один-единственный объект, просто на него можно смотреть с двух разных точек», — отмечает муж Патрисии, нейропсихолог и философ Пол Чёрчленд.

Пора отказаться от жестких определений и отдаться сложности. В ходе бесчисленных исследований сознания наша чрезмерная уверенность в собственной способности интерпретировать внешние признаки и применять упрощенные критерии завела нас в тупик. Мы пришли к убеждению, что для наличия сознания необходимо существование некоего тайного Я, какого-то скрытого дополнительного компонента. Однако выясняется, что для этого вполне достаточно иметь какую-то систему обработки информации, работающую так же, как желеобразная масса у нас в черепной коробке. Если у вас есть мозг (неважно, в какой форме), вы неизбежно будете проявлять сознание в том или ином виде. При этом для сознательной деятельности даже не нужен весь мозг: в некоторых случаях хватает сравнительно небольшой его части. Более того, от размера мозга может зависеть тип проявляемого сознания, но мы не в состоянии судить о том, каков тот минимальный размер мозга, при котором живой организм обретает сознание. Синий свет не может сказать красному: «Ты никакой не свет», ибо существует целый спектр различных оттенков. Только подумайте: вероятно, мы вот-вот построим искусственный мозг, тем самым творя новое сознание, сознание «иной области спектра», невиданное прежде на Земле. Можно ли представить себе более заманчивую перспективу?

Чтобы плавно перейти к следующей теме, нелишне привести одно наблюдение; оно кратко описывает дилемму, которая стоит перед нейробиологами, желающими разобраться в том, что же делает нас такими, какие мы есть: «Сегодня для большинства разновидностей геномного анализа мозговых процессов требуются инвазивные процедуры вроде стандартной декапитации, а значит, опыты на людях совершенно исключены». Да, было бы очень полезно узнать, что же творится в мозгу, но отрубать для этого людям головы — это, пожалуй, все-таки чересчур. А животным?

Приведенная цитата — из статьи Сэмюэла Гослинга и Пранджала Меты, вошедшей в сборник «Личность у животных»{32}. Даже работающие в этой области не всегда комфортно себя чувствуют, используя термин «личность». Одни предпочитают говорить о темпераменте животных, типах их поведения, стратегиях выживания или предрасположенностях. Другие обращаются к языку медицины, рассуждая о «поведенческих синдромах» животных. Однако на самом-то деле они имеют в виду черты личности.

Как мы увидим, многим особям животных свойственны характерные лишь для них отклики на определенные ситуации или способы взаимодействия со средой и другими существами, в этой среде обитающими. Многие люди готовы признать, что их домашний питомец обладает личностью. Каждый собачник с радостью поддержит эту идею, а всякий, у кого жили хотя бы две кошки, наверняка подозревает, что характер у них разный. Ученые, исследующие самых разных представителей животного царства, подтверждают, что наши любимцы — лишь верхушка айсберга. Теперь мы знаем о жизнерадостных ослах, об осьминогах-интровертах, об игривых крысах, общительных свиньях, надменных колюшках, робких воронковых пауках. А как только вы это узнали, становится очень трудно обезглавливать каких бы то ни было животных во имя науки. Эта сфера, возникшая всего десяток лет назад, несет в себе семена своего же разрушения. Нам, после того как мы обнаружили, что у животных есть личность (как у отдельных существ) и культура (в разного рода группах), куда труднее ставить над ними опыты. Более того, в результате мы понимаем, что человеческие существа, при всех своих талантах, не представляют собой ничего особенного как вид.

Вы почти наверняка слышали этот рифф из семи нот — основу песни «Армия семи народов» [Seven Nation Army] группы The White Stripes. Джек Уайт, вокалист и гитарист коллектива, сочинил его в 2001 году, настраивая гитару перед концертом, который должен был пройти в мельбурнском отеле Corner. Музыкант счел простенькую мелодию «интересной» и записал ее, а позже выстроил вокруг нее песню. Но интереснее всего другое: хотя вначале никто не обратил на рифф особого внимания (представитель звукозаписывающей компании, присутствовавший при его создании, сказал, что ему эта мелодия совершенно не нравится), теперь это сочетание нот знают во всем мире. И не из-за коммерческого успеха песни.

Живущий в Вашингтоне писатель Алан Сигел даже составил график, который показывает рост популярности риффа{33}. Болельщики бельгийской футбольной команды «Брюгге» начали распевать его в миланском баре в октябре 2003 года. Они продолжили делать это по дороге на стадион и обратно. Они повадились петь его во время домашних матчей своей команды, и клуб решил сделать эту мелодию своим гимном и запускать ее через динамики на своем стадионе всякий раз, когда «Брюгге» забивает гол.

Итальянские болельщики, приезжавшие в Брюгге, увезли мелодию к себе домой, где она завоевала популярность среди звезд итальянского футбола, которые даже исполняли ее вместе с Rolling Stones во время миланского концерта. Потом мелодия пересекла Атлантический океан и зазвучала в США во время таких громких спортивных событий, как игры НБА и НФЛ. На футбольном чемпионате Европы 2008 года эта мелодия слышалась буквально повсюду. Уайт был в восторге. Однако заметим: по скорости и дальности распространения этот рифф не уступал песням синего кита-горбача.

В том же году, когда Уайт сочинил самый знаменитый из своих риффов, Люк Мартелл и Хэл Уайтхед выпустили статью{34} под названием «Культура у китов и дельфинов». Это не какое-то легкомысленное заигрывание с красивой идеей: это монстр длиной 74 страницы (плюс 10 страниц примечаний).

Авторы рассматривали три варианта распространения культуры. Первый — «быстрое распространение»: какая-то новая сложная модель поведения, которая осваивается сегментом популяции. Второй — «от матери к потомству»: некоторые культурные практики передаются из поколения в поколение. Третий же связан со «специфической групповой» культурой, то есть с межгрупповыми различиями, которые невозможно объяснить ни генетикой, ни особенностями среды, ни структурой этих сплоченных групп.

Пример быстро распространяющейся культуры — песни самца горбатого кита. Все самцы поют одну и ту же песню, причем ее длительность бывает различной — от пяти минут до примерно получаса. Каждый брачный сезон киты, которых разделяют тысячи миль, поют одинаковые песни. К примеру, песни китов близ гавайского острова Мауи и возле мексиканского архипелага Ревилья-Хихедо (эти две области отстоят друг от друга более чем на 4000 км) меняются от одного брачного сезона к другому совершенно идентичным образом. Единственным объяснением может служить культурное проникновение: слыша новую вариацию, группа подхватывает ее, подобно тому, как группа футбольных фанатов начинает горланить прилипчивую мелодию.

Второй и третий вариант («от матери к потомству» и «специфический групповой») еще труднее отличить от феноменов человеческой культуры. Юные белухи и юные киты-горбачи следуют за матерями в своем первом путешествии от мест спаривания и рождения к местам питания. Точно такой же путь они затем повторяют на протяжении всей жизни. Некоторые дельфины, живущие в австралийском заливе Шарк, перенимают у матерей оригинальную практику «спонжинга», при которой дельфин отрывает морскую губку (sponge) от дна и надевает ее себе на морду, как человек надевает перчатку на руку. Это позволяет дельфинам рыться на дне залива, выискивая самую питательную рыбу, и при этом не бояться повредить свой нежный клювовидный рот. Однако эта практика распространена не очень широко: лишь 5 из 60 дельфинов залива Шарк, за которыми велись наблюдения, регулярно проделывали такой трюк. Еще несколько пытались его использовать, но быстро прекращали. Однако самка дельфина непременно станет спонжером (губочницей) вслед за матерью. Все мы знаем аналоги из мира людей: вырастая, девочки часто делают какие-то вещи точно так же, как некогда делали матери. Речь может идти о торте, рецепт которого идет еще от бабушки, или об увлечении каким-то видом спорта (скажем, гимнастикой), или о каком-то хобби. Впрочем, у людей это, конечно, не только женская черта: и сыновья, и дочери часто поступают в тот же колледж, где учились их родители, или присоединяются к семейному бизнесу.

Что касается специфических групповых черт, то отличный пример — косатки в морях близ острова Ванкувер. Они четко разделены на две группы — оседлые (резиденты) и бродячие (транзиенты). Резиденты живут стаями, в каждой из которых примерно по дюжине животных, а транзиенты — стайками, где в среднем всего по три особи. Косатки в каждой резидентной стае общаются между собой с помощью звуков, которые складываются в хорошо различимые диалекты, причем эти диалекты передаются из поколения в поколение. Резиденты питаются главным образом рыбой, тогда как транзиентов больше интересуют морские млекопитающие, скажем, тюлень обыкновенный. Аналогия с человеческим обществом очевидна. У нас есть оседлые и мигрирующие популяции. У нас есть культурные различия по части любимой пищи. И у нас, бесспорно, есть разные диалекты.

Мартелл и Уайтхед с трудом сломили сопротивление коллег, убедив их серьезно отнестись к идее о существовании у животных культуры — на примере китов и дельфинов. Однако многие другие животные тоже демонстрируют признаки культуры. Скажем, у птиц, как и у китов, имеется музыкальная культура, где песни перенимаются у родителей и соседей посредством имитации (и поются на различных региональных диалектах). Со временем песни медленно изменяются, подобно тому, как эволюционирует человеческая музыка.

Вероятно, классический пример проявления культуры у животных — те невероятные ухищрения, на которые пускается самец птицы шалашника, чтобы привлечь самку. Он сооружает необыкновенного вида шалашик, сплетая площадку из травинок и веточек, затем строя на ней арку из листьев и украшая ее яркими ягодами, цветами и ракушками. И это не какая-то причуда генетики: в начале брачного сезона молодые самцы посещают шалаши более зрелых, внимательно наблюдая за всеми строительными тонкостями (и за подробностями ритуала ухаживания). Затем молодые самцы собираются группами и осваивают это ремесло, строя черновые шалаши (зачастую просто из грубо сплетенной растительности). Иногда можно наблюдать, как зрелые самцы наносят визит молодежи во время этих первых строительных потуг{35} и протягивают руку (то есть клюв) помощи. Более того, это даже не обязательно родственники, что заставляет усомниться в известном эволюционном мифе, согласно которому в основе всякой деятельности животных — распространение собственных генов или обеспечение себя пищей. Мы привыкли видеть, как пожилые люди регулярно уделяют время подготовке юношеской футбольной команды, или помогают скаутской группе, или обучают детей музыке. И нас как-то не беспокоит, что в этом занятии вроде бы нет никакой выгоды с точки зрения эволюции. Как выясняется, у некоторых животных происходит то же самое. Животные ценят социальные связи точно так же, как мы, и у них есть много знакомых нам занятий — от игр, прихорашивания и ухаживания до посещения похорон. При этом многие виды демонстрируют такой же разброс личностных черт между особями, как и мы. Оказывается, мы не так уж отличаемся от прочих животных. В человеке, по большому счету, нет ничего особенного.

Наука далеко не сразу приняла эту идею. Возьмем, например, историю Джейн Гудолл{36}. «Когда в начале 1960-х я стала храбро употреблять слова „детство“, „подростковые годы“, „мотивация“, „воодушевление“ и „настроение“ [применительно к обезьянам], меня очень критиковали, — пишет она в главе, вошедшей в сборник Питера Сингера «Проект „Гоминида“». — Еще более страшным преступлением считалась моя идея о том, что у шимпанзе может иметься „личность“. Я приписывала человеческие характеристики животным, не являющимся человеком, а значит, была повинна в главном из этологических грехов — в антропоформизме».

Годами и даже десятилетиями научное сообщество относилось к Гудолл (которая начала свои исследования, еще работая секретарем и не имея никакой академической подготовки) как к особе, чьи выводы ненаучны, ненадежны и эмоциональны. Впрочем, некоторые специалисты довольно скоро осознали ценность ее работ. В 1971 году, через десяток лет после того, как Гудолл начала свои изыскания, Дэвид Хамбург из Медицинской школы Стэнфордского университета назвал ее труды «героической попыткой, какие предпринимаются раз в поколение»{37}, заметив, что эти идеи «изменяют взгляд человека на самого себя». Спустя еще два десятилетия стало ясно, что работа Гудолл куда глубже. Стивен Джей Гулд, прославленный палеонтолог и эволюционист, отмечал, что ее исследования являются «одним из величайших научных достижений ХХ века»{38} и «одним из главных успехов западной науки».

Но, похоже, это мало изменило мнение большинства людей о месте, которое занимают животные в нашем мире. Джеффри Мэссон и Сьюзен Маккарти выпустили книгу «Когда слоны плачут», посвященную эмоциональной жизни животных. В ней Мэссон отмечал, сколько насмешек вызвало его исследование{39} в академических кругах. Так, представитель Sea World (Сан-Диего, США) заявил, что не позволит компании участвовать в изысканиях Мэссона, ибо от них «так и разит антропоморфизмом». Некоторые специалисты, работающие с животными, просто отказывались беседовать с Мэссоном о «ненаучных» вопросах вроде эмоций и чувств, которые способны испытывать животные. Однако Мэссон, опытный наблюдатель самых разных животных (не исключая и людей), отдавал себе отчет в том, что таится за этим показным возмущением. Все эти эксперты, заметил он, работали с животными, и их действия и деятельность противоречили их настояниям, чтобы к исследованиям животных подходили отстраненно, «строго научно». Один исследователь, ежедневно работавший с дельфинами, «с трудом мог заставить себя вечером уйти домой — настолько он привязался к тем, кого сухо именовал „объектами“». Мэссон подчеркивает: нужны «изнурительная подготовка и огромные усилия ума», чтобы так скрывать свои истинные чувства, так упорно отделять себя от них во всех внешних проявлениях. В наиболее острых случаях, добавляет он, невольно подозреваешь, что у такого исследователя развилось психическое расстройство.

Расстройство там или нет, но в нашем понимании животных явно зияет дыра. «Пока ни один из сколько-нибудь заметных специалистов не предпринял систематического исследования эмоций животных», — пишет Мэссон в предисловии к своей книге. Но такое положение дел уже начинает меняться.

Чарлз Дарвин стал одним из первых ученых, рискнувших зайти на эту территорию{40}. В своем «Происхождении человека» он писал: «Зачастую нам трудно судить, способны ли животные сострадать своим собратьям… М-р Блис известил меня, что он наблюдал, как индийские вороны кормили двух или трех слепых сородичей… Я же лично видел пса, который неизменно останавливался возле корзинки, где лежал захворавший кот, его большой друг, и несколько раз облизывал его языком, что является вернейшим признаком добрых чувств в собаке».

К сожалению, это было в 1871 году, когда биологическая наука стала увлекаться точными цифрами и строгими фактами. Подобные душещипательные истории оказались сущим проклятием для растущего числа биологов, изо всех сил пытавшихся сделать свой предмет похожим на физику и химию. В 1883 году вышла составленная Джорджем Роменсом слащавая антология «Разум животных», полная присланных читателями историй и побасенок{41}, но она мало помогла делу. Мэссон отмечает: «Наука отреагировала очень просто: она поспешила удрать в противоположную сторону, как можно дальше». Так что эту область ученые оставили любителям.

Одним из первых, кто после этого употребил страшный термин «личность» применительно к животным, стал некий Л. Р. Тэлбот, непрофессиональный исследователь птиц, проживавший в Томасвилле (штат Джорджия). В 1922 году он описал, как окольцовывал джорджийских птиц{42}, чтобы было лучше наблюдать за их привычками и защищать места их обитания. Методика применялась довольно простая. Птицы влетали в специальные ловушки, где их ждал корм. Затем Тэлбот заманивал их в соседний отсек: пернатые попадали туда через небольшое отверстие. В этом отсеке на лапки птиц удобнее было надевать кольца. Тэлбот признаётся, что поначалу не очень-то ловко справлялся с этой задачей и несколько птиц лишились части перьев из-за его неуклюжего обращения. «Одна воробьиная овсянка оставила у меня в руке свое хвостовое оперение, когда я вновь попытался ее поймать после того, как она вырвалась, — сообщает он. — Впрочем, эта овсянка не затаила на меня обиду: она еще неоднократно прилетала ко мне, и до отъезда из Томасвилла я имел удовольствие видеть, что ее новые хвостовые перья почти достигли своих нормальных размеров».

Сказочки о добродушных и терпимых овсянках звучат как-то ненаучно, однако следует отметить, что Тэлбот добился большой известности среди местных птиц:

Не всегда легко убедить людей проделать что-то такое, в желательности чего они не уверены. Птица тоже иногда не понимает, почему от нее хотят, чтобы она пролезла в небольшое отверстие, которое, судя по всему, никуда не ведет и явно не обещает выхода на волю. Однако именно здесь разные виды и даже разные представители одного вида показывают свой характер, черты своей «личности», если можно так выразиться… Птицы не пугаются. Конечно, они впадают в беспокойство, когда перестают есть и в первый раз обнаруживают, что попали в западню. Они блуждают взад-вперед в поисках выхода, но нет оснований считать, будто они действительно испытывают страх. Птицы, которые возвращаются в такую кормушку каждый день на протяжении двух-трех недель (а иногда и по четыре-пять раз в день), не так уж и испуганы.

Воробьиная овсянка № 22824 влетела в ловушку шесть раз в течение одного дня. Номер 22735 посетил ловушку 44 раза, из них 5 — в один день. А овсянка № 22849 за 22 дня прилетала в западню 55 раз. Некоторые птицы укладывались на спинку, избрав своим ложем протянутую ладонь Тэлбота. Иногда ему приходилось заставлять их улететь. А одна голубая сойка использовала его как игрушку, ложась на спину и затем поднимаясь, ухватившись за указательный палец Тэлбота, после чего птица снова опускалась, переворачиваясь вверх ногами.

Веселые сойки — это еще ладно. А как насчет бесстрашных плодовых мушек-дрозофил? Да-да, и среди этих «низших животных» есть особи с яркими чертами личности.

Дрозофил можно разделить на «непосед» и «лентяек»{43}. Подобно гостям на вечеринке, одни предпочитают кучковаться возле еды, тогда как другие слоняются вокруг в поисках чего-нибудь новенького и интересненького. Хотя не существует генов, отвечающих за определенную модель поведения, генетическое влияние на черты личности — вещь реальная. Но при определенных обстоятельствах дрозофилы способны побороть черты своего характера. Обычно излишняя скученность благоприятствует непоседам, тогда как лентяйки лучше себя чувствуют в ситуациях, когда за доступную пищу соперничает меньшее число мушек. Если же условия изменились (скажем, пищи стало не хватать), лентяйки превратятся в непосед.

По сути, в этом они не так уж отличаются от людей-интровертов, заставляющих себя тусоваться на вечеринке. Как известно всякому интроверту, есть пределы того, что вы можете вынудить себя сделать. Не все животные умеют приноравливать свое поведения к обстоятельствам. Вот почему к этой новой области исследований следует внимательно отнестись даже к тем, кто скептически воспринимает гипотезы о существовании личности у животных. Такие исследования, помимо всего прочего, могут применяться в медицинских штудиях. К примеру, пока мы не проверим гипотезу, согласно которой здоровье, продолжительность жизни и поведение лабораторных крыс связаны с чертами их личности и с тем, как отдельные особи выживают в необычных условиях, нельзя исключить, что все наши опыты на животных дают очень неопределенные результаты. А если мы станем изучать проблему еще глубже, то вполне может возникнуть вопрос: следует ли вообще ставить на них опыты?

«Представители всех таксонов заслуживают этически корректного отношения», — замечают в связи с этим Дженнифер Мэзер и Дэвид Лог{44}. Они поясняют: можно натравить друг на друга двух тараканов (некоторые виды издают при этом шипение), но нельзя допустить, чтобы кто-то из них при этом пострадал. Возможно, даже сама такая встреча — это уже слишком: не исключено, что тараканы испытывают при этом немалый стресс. В зависимости от склада личности кто-то из насекомых может ощущать такое же неприятное чувство перед схваткой с громадным незнакомцем, как и вы. Да-да, у тараканов тоже есть чувства.

И хотя науке как-то неловко признавать, что животные обладают личностными чертами, это важная проблема. Например, при работе по сохранению биологических видов до сих пор как-то игнорировали вопрос о личности животных, а ведь вполне может быть, что это колоссальная ошибка.

На рубеже XX–XXI вв. Сьюзен Райхерт и Энн Хедрик обзавелись парой воронковых пауков. Один раньше обитал в безводных пустынях штата Нью-Мексико, другой — во влажных лесах на юго-востоке штата Аризона{45}. Исследовательницы также доставили в лабораторию кладку паучьих яиц из этих двух регионов, вывели новое поколение паучков и вырастили из них взрослых особей, нанеся им на брюшки цветные точки для идентификации. А потом они стали выяснять, какие типы личности удастся выявить среди этих подопытных пауков.

Пресса относит воронковиков к числу «наиболее агрессивных и ядовитых пауков в мире». В каком-то смысле это так и есть. Большинство пауков убегают, если их потревожить, но эти, если верить рассказам очевидцев, «могут встать на дыбы и обнажить клыки». С этими «клыками» (хелицерами) не хочется иметь дело: их укус вызывает у человека рвоту, удушье и конвульсии. Если под рукой нет противоядия, укушенный может умереть в течение всего двух часов. Но теперь кажется, что не следует так уж очернять воронковиков без разбора: не все представители этого вида одинаково агрессивны.

Райхерт и Хедрик оценивали храбрость паука, позволяя ему сплести паутину. У воронкового паука она принимает форму плоскости, в задней части которой имеется своего рода туннель, который спускается вниз, к трещине в земле, где паук может спрятаться, если на него нападут. Однако паук не будет оставаться там долго. Взрослому воронковику требуется ежедневно ловить примерно по 20 микрограммов добычи. Паутина у него не липкая, так что охотник должен быть всегда готов к прыжку, поскольку на паутину всегда может опуститься насекомое. А значит, приходится сидеть у входа в воронку и надеяться, что у тебя хватит времени сбежать вниз, в туннель, если вдруг рядом появится птица, ищущая, чем бы поживиться.

Выживание, полагают Райхерт и Хедрик, требует уравновешивания агрессии с необходимой осторожностью, и оптимальный баланс зависит от географических факторов. К примеру, агрессия приносит пользу не только при ловле пищи: в пустынях штата Нью-Мексико паучья добыча встречается нечасто, и за хорошее место для паутины идет нешуточная борьба. Чтобы выжить, может понадобиться вступить в драку с пауками-конкурентами и победить их. Зато в пустыне сравнительно мало птиц, которые могут слопать паука, так что осторожность тут не является для вас слишком уж необходимым качеством. В аризонских лесах ситуация обратная: много добычи и масса голодных хищников. Райхерт и Хедрик предположили, что из-за этого нью-мексиканские пауки должны быть храбрыми и агрессивными, а аризонские — более осторожными.

И они оказались правы. Когда с помощью пневматического очистителя для фотообъективов они выдували на паутину несколько порций воздуха, тем самым имитируя приближение птицы, аризонские пауки быстрее удирали в убежище по сравнению со своими сородичами из Нью-Мексико и оставались там дольше. Поскольку их вырастили из яиц в лаборатории, в своей затворнической жизни они никогда не встречали птиц, и исследователи пришли к выводу: у склонности к осторожному или агрессивному поведению есть генетическая составляющая.

Кроме того, когда в паутине создавали вибрацию, сходную с той, которая возникает, когда на паутинную нить садится добыча, аризонские пауки медленнее (по сравнению с нью-мексиканскими) начинали изучать причину такой вибрации. Однако не все аризонские пауки вели себя одинаково. Некоторые превосходили осторожностью даже своих земляков. Когда пауков стравливали, заставляя их бороться за паутину (такая битва может длиться до 18 часов), проигрывали всегда те, кто до этого вел себя наиболее робко при имитированной экспериментаторами угрозе нападения хищника.

Еще чуть-чуть, и вы начнете жалеть паука. Между тем сходные явления удалось обнаружить и у других беспозвоночных, например у сверчков или каракатиц. В своем очерке под забавным названием «Бесхребетные и отважные»{46} Мэзер и Лог приводят целый спектр беспозвоночных личностей. На каждую малоподвижную дрозофилу найдется смелая и любознательная равнокрылая стрекоза. На каждого робкого полевого сверчка найдется агрессивный таракан. Некоторые кальмары вечно жаждут приключений, других же не втянешь ни в какую авантюру.

Все это, несомненно, очень любопытно, поучительно и забавно, однако у открытия Мэзер и Лога есть и серьезная сторона. Исследование, которое Дж. Г. А. Мартин и Д. Реал провели в 2008 году в заповеднике Го (Gault Nature Reserve, Канада, провинция Квебек), показало, что робкие бурундуки предпочитают держаться тех участков заповедника, где реже всего попадаются люди{47}. Исследователи подчеркнули, что при оценке влияния присутствия человека на ту или иную популяцию животных следует учитывать и особенности личности животных. В неблагоприятных условиях, связанных с действием стрессовых факторов («повышенным давлением среды»), именно наиболее агрессивные животные победят в борьбе за паутину, гнездо или нору. Обычно они получают и право на размножение. И это проблема, ведь они худшие из возможных родителей, поскольку не прилагают почти никаких усилий для защиты и прокорма своего потомства. Если на какой-то территории остались лишь агрессивные представители вида, выживание популяции под угрозой.

И речь не только о плохом родительском уходе. Такие черты личности, как агрессивность, связаны с определенным набором генов, так что внешнее давление может сужать диапазон генов, доступных для популяции. Это порождает репродуктивные трудности, а иногда опасное однообразие моделей поведения. Если каждый идет на риск при добыче корма и других действиях, повышается вероятность того, что слишком многих представителей популяции уничтожат хищники и популяция зачахнет. Другие сценарии благоприятствуют робким особям, но здесь тоже возникают сложности. Если у вас в популяции слишком много тихонь, может оказаться, что никто не исследует новые участки в поисках пищи. И при первом же кризисе (скажем, во время засухи) популяция начнет голодать. Кроме того, сейчас зачастую важно учитывать, как эти животные будут реагировать на химические загрязнители в своей среде обитания, скажем, в речной воде. Проведенное в 2004 году исследование трехиглой колюшки{48} показало, что этинилэстрадиол, содержащийся в противозачаточных средствах и обнаруживаемый в проточной воде по всему миру в довольно значительных концентрациях, заставляет самок колюшки проявлять более рискованные модели поведения. Может показаться, что это даже хорошо, однако выяснилось, что таких осмелевших рыбок хищники отлавливают в гораздо более впечатляющих количествах по сравнению с колюшками, живущими в незагрязненных водах. Черты личности (приобретенные как естественным, так и неестественным путем) могут в буквальном смысле стать вопросом жизни и смерти.

Следует отметить, что некоторые животные намеренно ищут вещества, изменяющие черты личности. В 1998 году Р. Дж. Коуи и С. А. Хинсли на протяжении 13 дней наблюдали, как большие синицы кормят своих только что вылупившихся птенцов{49}. В 3–9-й дни родители приносили своим детям огромное количество пауков. Дальнейшие исследования подтвердили эту модель поведения: намеренный выбор пауков в качестве еды, когда птенцам примерно пять дней от роду. Вне зависимости от времени года и разновидности места обитания синиц, вне зависимости от того, много ли там вообще водится пауков, птицы-родители отыскивали этих восьминогих и на протяжении всего нескольких дней закармливали ими своих чад. Почему? Потому что пауки содержат таурины — вещества, побеждающие страх.

У млекопитающих аминокислота под названием таурин, судя по всему, необходима для нормального развития мозга: так, лишенные таурина кошки испытывают проблемы со зрением, а человеческие дети, в организме которых не хватает таурина, отличаются пониженным уровнем IQ и нарушением моторных функций. Поскольку сам организм младенца, находящегося в утробе матери или только что появившегося на свет, не в состоянии вырабатывать это вещество, эволюция позаботилась о том, чтобы млекопитающие получали его от матери — через плаценту, а затем вместе с молоком.

Но если вы не млекопитающее, таурин вам добыть непросто. Птицам явно было бы куда легче ловить гусениц для прокорма своих птенцов: по содержанию питательных веществ гусеницы, в общем, напоминают пауков. Есть лишь одно существенное отличие: организм паука содержит в 40–100 раз больше таурина. Мы не знаем (и вряд ли можем узнать), почему инстинкт побуждает птиц охотиться за таурином, однако дальнейшие исследования показали, что его потребление подавляет тревожные реакции — попросту говоря, делает вас храбрее. «Подопытные птицы, получавшие в самом раннем возрасте тауриновые пищевые добавки{50}, имитирующие неонатальную диету, богатую пауками, затем с большей вероятностью проявляют способность рисковать», — отмечают Кэтрин Арнольд и ее коллеги по Университету Глазго. Кроме того, обнаружилось, что такие птицы лучше обучаются — в частности, ориентированию в пространстве — по сравнению с теми, кто не получал «паучьей» добавки. Если же никто из птиц-родителей не принадлежит к тем, кто готов добывать пауков для своего потомства, чрезвычайно высока вероятность того, что численность популяции быстро сойдет на нет — именно из-за того, что в ней слишком мало особей, идущих на риск.

Говоря на эту тему, следует еще кое-что сказать о роли животных в лабораторных исследованиях. Казалось бы, проблема этичности использования животных для опытов совершенно ясна, когда мы думаем о них как о смелых или робких, замкнутых или общительных. Но даже если мы при этом все равно продолжаем использовать их в своих экспериментах, наверное, следует задаться вопросом: отбираем ли мы для наших опытов существ с подходящими чертами личности?

В начале 1970-х годов кардиологи Мейер Фридман и Рэй Розенман заметили, что некоторые кресла в их приемной очень нуждаются в новой обивке{51}. Драпировщик, явившийся для предварительного осмотра мебели, удивился характеру распределения дырок: сильнее всего обивка прохудилась в передней части сидений и на подлокотниках. Указав на это Фридману и Розенману, он заметил, что обычно больше всего страдает спинка кресла. Врачи быстро выяснили, что креслами пользуются в основном их пациенты. Наблюдения показали, что эти посетители обычно сидят на краешке сиденья. В переносном смысле они тоже постоянно пребывали «на краю»: самые нетерпеливые из пациентов, посещавших клинику, попросту никогда не расслаблялись, погружаясь в кресло, и часто вскакивали, чтобы узнать, не пришла ли их очередь зайти в кабинет и проконсультироваться с врачом. Два медика пришли к выводу: такое нетерпеливое и раздраженное ерзанье как раз и является причиной износа кресел в приемной — и вполне возможно, что оно связано с сердечными проблемами пациентов.

В 1974 году Фридман и Розенман выпустили книгу «Поведение типа „А“ и ваше сердце». Люди с типом личности «А» всегда пребывают в напряженном, нервно-оживленном, взвинченном состоянии, нередко проявляют враждебность по отношению к окружающим, вечно спешат, часто делают две вещи сразу, никогда не расслабляются за рулем, всегда пытаются как можно быстрее доехать до цели. Они агрессивны, и их легко спровоцировать на стычку. Эта возбужденность и враждебность — результат чрезмерной внутренней активности организма: их надпочечники вырабатывают гораздо больше гормонов, чем необходимо. Результат — покрытые рубцами сердечные артерии, а также другие повреждения сердечно-сосудистой системы. После выхода книги Фридмана и Розенмана специалисты много спорили о правомерности их умозаключений. Однако, по-видимому, все-таки существует четкая связь между типом личности «А» и сердечными недугами. Так что если вы хотите помочь таким людям посредством лекарств, испытываемых в лаборатории на грызунах, лучше брать для этого грызунов с типом личности «А». Иначе получится, что вы проверяете действие вашего препарата в биохимической мешанине, которая не имеет почти никакого отношения к пациенту-человеку, ждущему (с большим нетерпением) улучшения своего состояния.

Программы разведения лабораторных животных, существующие на биомедицинском рынке, проявили некоторые генетические черты подопытных крыс и мышей, а значит, в распоряжении ученых теперь есть грызуны, которые в большей или в меньшей степень подходят для проверки кардиологических препаратов — в зависимости от их склада личности. Хорошо годятся для этого SAL-мыши (от «Short Attack Latency» — термин означает относительно малое время, которое нужно животному для того, чтобы начать атаку). Этим зверькам свойственна большая враждебность, и они, как удалось установить, проявляют нечто вроде поведения типа «А». Плохо годятся для таких опытов крысы-неофобы Спрега-Доули: они терпеть не могут попадать в новые для себя ситуации. Эти грызуны куда больше подходят для исследования аллергий и патологических тревожных состояний, которые, как полагают специалисты, на медицинском уровне связаны у человека с робостью и подавлением реакций. Исследования физиологической связи этих болезней с такими типами поведения пока еще находятся в зачаточном состоянии, однако уже сейчас явно имеет смысл создавать лекарства, эффективные для профилактики или лечения сердечно-сосудистых заболеваний именно у тех животных, которые наиболее похожи на типичного пациента, страдающего такими недугами. Соня Кавигелли и ее коллеги выражаются по этому поводу так{52}: «Если наша цель — лучше понять развитие и физиологический субстрат определенных черт личности, а также их влияние на самочувствие, тогда наиболее многообещающий метод состоит в том, чтобы выявить у подопытных грызунов те черты личности, которые наиболее сходны с человеческими».

Примиряясь с существованиям у животных особенностей личности (хотя мы порой предпочитаем именовать это поведенческими синдромами), мы начинаем признавать и существование культуры у животных. То, что у китов есть определенная культурная жизнь, сейчас признается гораздо более широким кругом ученых, чем в те времена, когда Мартелл и Уайтхед столь подробно ее документировали. Но китами дело отнюдь не ограничивается. Биологи сумели увидеть признаки культурной деятельности у самых разных существ — от гуппи до слонов. Глубоко укорененные охотничьи привычки горбатого кита, праздность ленивых сурикатов и многое другое — все это приобретенные модели поведения, специфичные для той или иной группы. Одни шимпанзе приветствуют друг друга, стуча костяшками пальцев о костяшки приятеля, другие предпочитают вместо «здрасте» хлопнуть знакомца по физиономии. Бабуины, может, и не ходят на балетные спектакли, но они вырастают внутри своего рода театральной труппы, где получают важные уроки — учатся, как правильно делать некоторые вещи. Причем в других «труппах» «правильным» почти наверняка будет считаться что-то иное, так что проникновение чужака сразу будет заметно. Вероятно, в этом-то и заключается смысл такой стратегии.

Непросто дать строгое определение культуре — отчасти из-за того, что все мы одновременно принадлежим к множеству культур. Какие-то из них могут быть расовыми, какие-то — национальными или племенными. Плюс приверженность определенному виду спорта (существует, к примеру, футбольная культура) и даже культурная жизнь, связанная с поддержкой конкретной команды. Есть религиозная культура, которая может влиять на то, как вы проводите пятничный вечер или субботнее утро. А может, вы член клуба дегустаторов виски: еще одна разновидность культуры. Не забудем и про музыкальные вкусы: возможно, вы принадлежите к сообществу любителей джаза или оперы. Есть и наркотическая культура — присущая ценителям того сомнительного эффекта, который оказывают на сознание некоторые вещества.

«Оксфордский словарь английского языка» определяет культуру в первую очередь как «искусство и другие проявления интеллектуальных достижений человека, рассматриваемые на коллективном уровне» и как «идеи, обычаи и социальное поведение определенных людей или общества». Но во всех дефинициях культуры есть один яркий признак: речь всегда идет о модели поведения, которую демонстрирует какая-то группа и которая отличает эту группу от остальных. Если пользоваться таким определением, можно без особых сомнений сделать вывод: у животных культура тоже есть.

Впервые культуру животных стали широко обсуждать в 1999 году. Именно тогда одна команда приматологов (куда входила и Джейн Гудолл) призвала ученых-снобов прекратить упорно отрицать идею, согласно которой у животных имеются традиции, общие для всех представителей той или иной группы. Члены команды в совокупности обладали более чем 150-летним опытом наблюдений за шимпанзе{53}, и за это время удалось зафиксировать 39 различных поведенческих моделей, от ритуалов ухаживания и прихорашивания до использования инструментов.

Географический характер распределения этих моделей поведения поражал. Так, шимпанзе из леса Таи (Кот д’Ивуар) с помощью палок выясняют, есть ли мед в пчелином гнезде. Но такой культуры — модели поведения — нет у шимпанзе, которые обитают в пяти других регионах Африки, изученных в рамках этой работы. Гвинейские шимпанзе, живущие близ городка Боссу, отличаются от своих собратьев тем, что у них нет культуры плясок под дождем. А их сородичи из танзанийского заповедника Гомбе, судя по всему, единственные, у кого есть обычай засовывать палку в муравейник, а затем собирать с нее муравьев себе на ладонь, чтобы их съесть: к примеру, шимпанзе из леса Таи сразу суют в рот такую палку с муравьями. Обезьяны из Гомбе — единственные, которые при обыскивании (стандартная процедура ухода за телом у приматов) используют листья растений, чтобы давить паразитов. Шимпанзе из леса Таи просто кладут жучка на предплечье и сильно шлепают по нему.

А ведь есть еще проблема смерти. В культурных практиках, в убеждениях, которые сопровождают нас всю жизнь, именно смерть часто является первоосновой. Корни множества историй, которые мы рассказываем (в книгах, пьесах, песнях), лежат в области человеческого опыта, связанного со смертью, и наша реакция на нее, быть может, одна из главных определяющих черт культуры.

Судя по всему, многие животные обременены сходным (разве что менее сложно устроенным) культурным грузом, влияющим на их отношение к кончине близких. Конечно, здесь мы вынуждены полагаться лишь на тщательное наблюдение (и рассказы разной степени достоверности): как отметил Джон Арчер в своей книге «Природа скорби» (1999), лабораторные эксперименты, где в исследовательских целях у животных намеренно вызывают ощущение горя{54}, «были бы этически неприемлемы или, по крайней мере, сомнительны». Арчер долго изучал особенности человеческой скорби и не сомневается, что животные тоже горюют, когда разлучаются со своими детенышами или близкими спутниками. Несмотря на опасения Арчера, кое-кто все-таки провел этически сомнительные эксперименты на животных, и эти опыты подтвердили его гипотезу.

К примеру, Тереса Иглесиас изучала для этого западных кустарниковых соек{55}. Когда она и ее команда клали мертвую сойку на заднем дворе чьего-нибудь дома, этот труп быстро обнаруживали сородичи покойницы. Сойка, первой заметившая тело, испускала крик, и все окрестные сойки прекращали искать пищу (обычное для них занятие) и слетались, чтобы посмотреть на случившееся.

Итак, когда западные кустарниковые сойки видят мертвую птицу, они начинают перекликаться и прекращают поиск еды. Иглесиас наблюдала, как группа соек собралась вокруг тела и воздух огласился какофонией криков. Лишь на другой день птицы успокоились: очевидно, сойки полагают, что смерть сородича требует некоторого перерыва в привычных делах. Свои наблюдения Иглесиас описала в статье под смелым (по мнению многих орнитологов, чересчур смелым) названием «Похороны у западных кустарниковых соек».

Кстати о похоронах. Антрополог Барбара Дж. Кинг излагает в своей книге «Как горюют животные» весьма примечательную историю, описывая наблюдения приматологов Кристофа Боша и Хедвиги Бош-Ахерман{56}. Они изучали поведение обезьян в лесу Таи. Однажды леопард убил самку шимпанзе по кличке Тина.

Боши обнаружили дюжину шимпанзе (шесть самок и шесть самцов), в молчании сидящих вокруг тела. Затем на протяжении нескольких часов сексуально возбужденные самцы (не все) вышагивали вокруг трупа. Некоторые из них иногда прикасались к Тине. В течение еще 80 минут самцы Улисс, Мачо и Брут занимались чисткой («обыскиванием») трупа: каждый из них делал это около часа. При этом при жизни Тины ни Улисс, ни Мачо не занимались ее чисткой (по крайней мере, исследователи этого не видели), а другие самцы сообщества делали это лишь в течение недолгих промежутков времени.

В конце концов Брут, самый разумный в группе, отогнал более молодых сородичей, которые начали слоняться вокруг тела. Однако Тарзану, младшему брату Тины, он разрешил приблизиться к телу, обнюхать и осмотреть его. «Брут понимал, что Тарзану, единственному среди всех молодых шимпанзе леса Таи, нужно время для того, чтобы обследовать тело своей сестры и проявить скорбь, — поясняет Кинг. — Тарзан скорбел как представитель социального сообщества, поскольку альфа-самец обезьяньего коллектива признал его родственные отношения с сестрой». Кинг описывает ритуал как своего рода поминки. Продолжалось все это шесть часов с четвертью.

Кинг приводит еще много необычных историй о том, как животные реагируют на смерть. В некоторые из этих историй трудно поверить. Взять хотя бы рассказ о курах, которые побежали искать помощи у человека, когда одна из их товарок свалилась в бассейн. Приводятся и сведения о самоубийстве животных: примерами служат один медведь и одна сломленная горем газель (о которой сообщалось в 1847 году в Scientific American). Кинг пишет, что не знает, как относиться к этим двум случаям.

Впрочем, другие истории кажутся более правдоподобными. Кинг рассказывает о матери мертворожденного дельфиненка, которая несколько дней заботилась о трупе, толкая его перед собой в воде и защищая от прожорливых чаек. При этом она вот-вот могла погибнуть от недоедания, потому что перестала заботиться о собственном прокорме. Время от времени к ней подплывали другие дельфины и принимались кружить возле разлагающегося тела, помогая двигать его, словно тем самым выражая сочувствие скорбящей матери.

Не все куры, козы, шимпанзе, дельфины зримо скорбят в любых аналогичных обстоятельствах, замечает Кинг, но ведь и люди способны переносить смерть близких, не выражая никаких эмоций. Она подчеркивает: «Великий урок проведенных в ХХ веке поведенческих исследований животных состоит в том, что не существует какого-то одного способа быть шимпанзе, или козой, или курицей, точно так же, как не существует какого-то одного способа быть человеком». Однако многие животные, судя по всему, очень стремятся передать другим свои навыки и ухватки.

Исследователей, которые заявляют о наличии культуры у животных, часто упрекают в неверной трактовке проблемы обучения. Различия между сообществами шимпанзе показывают, что культурные нормы усваиваются в них по мере того, как обезьяны взрослеют, подобно тому, как британских детей учат, что креветку надо сначала очистить, а сингапурским детям объясняют, что креветку едят вместе с панцирем. Но копирование поведения и обучение поведению — разные вещи. Многие специалисты полагают: лишь когда мы увидим, как одни животные учат других подражать своим действиям (то есть покажут, что у такого поведения есть понятная им цель), можно будет согласиться с тем, что у животных и в самом деле есть культура.

Энтузиасты не раз сообщали о том, что видели, как животные обучают своих собратьев. Но подобная практика обычно должна соответствовать трем критериям, чтобы ее можно было считать обучением. Во-первых, учитель должен модифицировать свое поведение в присутствии неопытной или наивной особи. Во-вторых, учитель не извлекает из своих действий никакой непосредственной прибыли: более того, они могут даже требовать от него каких-то затрат. В-третьих, ученик при этом приобретает знания или умения быстрее, чем без таких уроков. Используя эти признаки, можно заключить, что культурные знания и навыки не передаются случайным образом, посредством простого копирования чужого поведения. И некоторые животные все-таки успешно проходят проверку по этим критериям.

Мы уже упоминали о взрослых птицах-шалашниках, дающих юным самцам родного сообщества полезные советы по части постройки шалаша. Как выясняется, среди некоторых муравьев тоже есть преподаватели: они помогают другим научиться отыскивать место для нового муравейника и даже оценивают, хорошо ли ученики усваивают материал. Первой птицей, о преподавательских способностях которой узнал человек, стала, по-видимому, пегая дроздовая тимелия: она издает определенные звуки, чтобы научить птенцов опознавать и находить те места, где есть корм. Но интереснее всего поведение сурикатов, которые учат своих детенышей правильно обращаться со скорпионами.

Алекс Торнтон из Кембриджа обнаружил эту модель поведения в пустыне Калахари{57}, на территории ЮАР. Сурикаты охотятся поодиночке, так что подрастающее поколение не таскается за взрослым охотником в попытке научиться его ремеслу. Вместо этого взрослые приносят пищу домой. Вначале детям дают мертвую добычу. Когда же они успешно осваивают приемы обращения с ней, родители меняют стратегию. К примеру, безопасное обращение со скорпионами — штука непростая. Детям отдают скорпиона живьем (удалив жало), чтобы они научились убивать и есть такую добычу. Когда они освоят и это, родители перестают удалять жало, предоставив подрастающим детенышам самим справляться с опасностью. Вероятно, для взрослых это немного утомительно: им приходится торчать рядом, пока дети борются с добычей, и снова ловить ее, если молодежь упустит пленника. Однако в конце концов терпеливых учителей ждет награда — большая группа умелых охотников.

Все эти явления — личность, культура, обучение — подводят нас к неизбежному заключению: наши возможности представляют собой лишь часть широкого спектра талантов, свойственных живым существам, обитателям нашей планеты. Мы вовсе не что-то отдельное. Конечно, человеческая культура неизмеримо богаче по сравнению с культурой каких бы то ни было животных, к тому же она изменяет Землю самыми различными путями: мы лишь сейчас начинаем по-настоящему понимать влияние человека и его деятельности на наш мир.

Главное различие между нами и остальным миром — тот шаг, который резко отделил коммуникацию животных от человеческого языка. Мы толком не знаем, как и почему возникла эта пропасть. Стивен Пинкер в своем «Языковом инстинкте» замечает{58}: «Первые шаги в сторону развития языка — настоящая загадка».

К тому же раньше это считалось табуированной темой в некоторых научных кругах. Так, в 1866 году Парижское лингвистическое общество официально внесло запрет на обсуждение языковой эволюции{59} во вторую статью своей учредительной декларации. Представляется уместным воспроизвести этот текст в оригинале: «La Société n’admet aucune communication concernant, soit l’origine du langage, soit la création d’une langue universelle» («Общество не дозволяет никаких дискуссий, касающихся происхождения языка или создания универсального языка»). Иными словами, vive la différence (да здравствуют различия): человеческий язык и уникален, и разнообразен, а больше вам знать ничего не надо.

И хотя парижский запрет отнюдь не обрел международного статуса, все современные исследователи языка вроде бы склонны полагать: он более века оказывал колоссальное влияние на мировую науку, поскольку видные лингвисты решили тогда не иметь дела с биологами и антропологами, выступая резко против идеи, согласно которой между животной и человеческой коммуникацией может существовать какое-то промежуточное звено.

Этот разрыв лишь усугубил Фридрих Макс Мюллер{60}, оксфордский профессор лингвистики, ополчившийся на дарвиновскую теорию естественного отбора, которая в ту пору только-только появилась. Дарвин опубликовал свою теорию в 1859 году, а два года спустя Мюллер прочел в Королевском институте Великобритании серию «Лекций о языкознании», в которых всячески высмеивал идею о том, что развитие коммуникации между животными могло каким-то образом привести к появлению человеческого языка. Язык, заявлял он, «есть тот рубикон, который отделяет человека от зверя, и ни одно животное никогда не сумеет его пересечь… Наука о языке еще позволит нам противостоять натиску радикальных теорий дарвинистов и провести четкую и прочную границу между человеком и тварью».

Существование этого рубикона можно объяснить физиологическими причинами. Горло у нас располагается в нижней части гортани, а наша глотка глубокая. Из-за такого положения горла мы — единственные животные, не способные одновременно дышать и глотать. Что это — эволюционное преимущество или недостаток? Специалисты не пришли к единому мнению. Это просто факт. Именно он позволяет нам издавать звуки, недоступные для других животных. Но дело не только в том, что воздух, проходя через нашу гортань, позволяет нам производить уникальный диапазон акустических колебаний. Тут задействован наш мозг, а главное — наше сознание. Что дает нам возможность представлять абстрактные идеи словами, играть ими, громоздить их друг на друга, швырять их хитроумные сплетения нашим собратьям, да так, что нас почти всегда прекрасно понимают?

Именно эта относительно новая (в эволюционных масштабах) способность дала Мартину Новаку основания заявить{61}: «Язык — самое интересное, что появилось в ходе эволюции за последние несколько сотен миллионов лет». По его мнению, это изменило и правила самой эволюции. Когда-то информация передавалась лишь генетически, но благодаря языку мы обрели возможность накапливать и хранить знания, сообщать их потомкам и ускорять процесс нашего изменения. Язык позволил ставить и решать сложные интеллектуальные задачи, так что мы в конце концов сумели усилить свои возможности с помощью компьютеров, научились предотвращать и лечить болезни, которые иначе давно бы выкосили почти все человечество, и кардинально менять лик планеты, на которой существует и действует наш вид. Если мы уникальны, так это из-за случайного появления языка.

Но даже если не брать в расчет лингвистических талантов, мы все равно воспринимаем себя как нечто неизмеримо высшее по отношению к прочим животным. Однако это очень рискованный подход. Ведь, что ни говори, распространение нашей культуры привело нас ко многим заблуждениям и опасным расколам. Биолог Э. О. Уилсон четко формулирует проблему{62}: «Вопреки популярному мнению, демоны и боги не бьются за союз с нами. Мы сами себя сделали, мы независимы, одиноки и непрочны. Понимание себя — вот что необходимо для выживания в долгосрочной перспективе как для отдельной особи, так и для вида в целом».

Этот процесс постижения себя подразумевает, в частности, смиренное признание того, что мы — лишь одна из составляющих экосистемы: иными словами, мы находимся во взаимосвязи и взаимозависимости с другими видами и качественно от них не отличаемся. Имея это в виду, перейдем к вопросу о противоречивой практике смешивания человеческого и животного материала. Как вы относитесь к созданию химер?

Хотите по-прежнему восхищаться великими умами эпохи Просвещения?{63} Тогда, может быть, лучше вам этого не читать.

В 1656 году Кристофер Рен, архитектор, астроном, медик, член Клуба экспериментальной философии при Оксфордском университете, пожелал отыскать «способ передать всякий жидкий Яд в Массу Крови». Рен начал с инъекции опиума собаке. Опыт прошел весьма удачно, и последовала целая череда экспериментов, при которых всё на свете, от молока до краски, вводили в вены той или иной бедной дворняги — просто чтобы посмотреть, что произойдет.

К концу 1660 года для опытов с собачьими уколами появилось новое место. Карл II своим указом превратил Клуб экспериментальной философии в Королевское научное общество, и в феврале 1666 года Роберт Гук, курировавший в Обществе экспериментальную работу, возглавил научную группу, которая осуществила первое в истории переливание крови одной собаки другой. Ученые использовали шприц, но у них имелись более масштабные планы. Вскоре они попыталась заняться непосредственным переливанием из вены в вену. Из-за свертывания крови это не удалось, однако несколько переливаний — из артерии в вену — все-таки провели. Эта работа оказалась даже слишком успешной: во время первого опыта сумели перелить так много крови (через полый стержень птичьего пера), что донор умер. В конце концов удалось провести опыт, при котором донор остался жив, но при этом умер реципиент. Освоение метода шло непросто.

Но это не остановило упрямого Роберта Бойля, одного из членов гуковской команды. Он предложил ряд дальнейших опытов. Животных-реципиентов (при условии, конечно, что они выживут) предлагалось изучить, дабы ответить на такой вопрос: изменило ли переливание крови их поведение, привычки или какие-то физические черты. В ноябре того же года, когда Лондон еще приходил в себя после Великого пожара, собравшимся в Королевском научном обществе продемонстрировали соответствующие опыты. Среди зрителей оказался Сэмюэл Пипс, который затем направился в таверну «Голова папы» и обсудил эти эксперименты с неким доктором Круном. Они высказали некоторые инновационные идеи для грядущих проектов: например, «кровь квакера отнюдь не помешало бы влить в архиепископа». Но всякое веселье улетучилось, когда в Лондон пришла ужасная новость: французы обогнали англичан, сумев перелить кровь животного человеку!

Британское научное сообщество было глубоко оскорблено и даже решило внести изменения в хронику ученой жизни. Это известно благодаря тому, что сохранилось два комплекта страниц 489–504 одного из томов Philosophical Transactions of the Royal Society 1667 года.

Сумятица возникла из-за того, что Генри Ольденбург, редактор Philosophical Transactions, был незадолго до этого обвинен в государственной измене и заточен в Тауэр. Между тем в Королевское общество поступила рукопись, описывавшая французские опыты. Мистер Мартин, издатель Philosophical Transactions, почему-то совершенно ничего не знал об аналогичных английских опытах и без промедления напечатал работу французов. Когда Ольденбурга оправдали и освободили, он пришел в бешенство, узнав о неведении Мартина. Он собрал все экземпляры Philosophical Transactions, какие смог найти, и уничтожил их. Затем лично сократил текст о французских опытах и добавил к этому усеченному варианту редакционную статью с подробным описанием английских экспериментов по переливанию крови. Статья написана в таком тоне, что никто не заподозрил бы автора в измене своему возлюбленному отечеству: «Сколь долго бы подобный Эксперимент ни замысливался в иных странах… надлежит отметить, что впервые он явлен миру в Англии».

Но Ольденбург не смог уничтожить все экземпляры журнала с первоначальным текстом статьи о работе французов, вот почему мы сегодня имеем возможность ознакомиться с детальным отчетом об экспериментах по переливанию крови животных людям, проведенных Жаном Батистом Дени, придворным врачом Людовика XIV, прозванного Королем-Солнце.

Возможно, наблюдая вблизи те излишества, которым предавался королевский двор, Дени как раз и решил попробовать лечить больных при помощи крови животных: она, как он предположил, должна быть чище по сравнению с кровью, загрязненной людским «разгульным поведением и беспорядочным приемом пищи и напитков». Первым его пациентом стал шестнадцатилетний юноша, которого вот уже два месяца терзала «острая лихорадка». Лекари более двадцати раз устраивали бедняге кровопускание, но тщетно. Переливание же девяти унций (около 260 мл) крови ягненка, конечно, не заставило больного радостно вскочить с постели, но и не убило его на месте.

Следующим получателем крови ягненка стал 45-летний стригаль овец, отличавшийся отменным здоровьем — настолько отменным, что после переливания он перерезал горло ягненку-донору, профессионально остриг животное и затем отправился в пивную. Почти сразу же после публикации сообщений об этих опытах британцы ответили введением 32 унций (около 910 мл) овечьей крови в организм Артура Коги, протестантского пастора. Кога, которого Пипс описывает как «беспутного бедняка», к тому же «не вполне уравновешенного душевно», получил за свои терзания 20 шиллингов. Месяцем позже (возможно, из-за нехватки наличности) Кога принял в себя еще одну инъекцию овечьей крови.

Но перескочим обратно в XXI век. Вряд ли вам захочется получить инъекцию овечьей крови, даже если вам посулят за это кругленькую сумму. Наш организм тяжело переносит смешивание человеческих и животных тканей. Похоже, нам не очень-то по нраву даже смешивание биоматериала по схеме «человек — человек»: так, донорами крови являются лишь 4 % жителей Великобритании, теоретически имеющих такую возможность{64} (для американцев эта доля составляет 5 %). Некоторые не делают этого, поскольку сама процедура довольно неприятна. Некоторые терпеть не могут уколы. Кто-то опасается инфекции. Кому-то кажется неприятным столь тесный контакт с жидкостью, которая вообще-то должна оставаться внутри нас. Впрочем, большинству просто никогда не приходит в голову мысль о том, чтобы стать донором.

Донорство органов — еще более серьезная проблема. В США сейчас, когда я это пишу, в списке пациентов, ожидающих трансплантации, 118 667 человек. В Великобритании около 7 тысяч человек ожидают донорских органов, и каждый седьмой из них умрет из-за того, что подходящие доноры не найдутся вовремя. Вот почему Салли Слейтер, 20-летняя девушка с 63-летним сердцем, присоединила свой голос в поддержку кампании за отписывание от традиционной схемы донорства органов.

Голос Слейтер звучит весьма громко, ведь когда-то ее беда привлекла внимание всей страны. В феврале 2000 года, в нежном 6-летнем возрасте, она — так сочли ее родители — простудилась. Но, как выяснилось, вирус, поразивший ее организм, оказался куда более опасным: он атаковал мышцы ее сердца. Врачи подключили девочку к аппарату, который помогал сердечным мышцам продолжать качать кровь, распространяя ее по телу, но было ясно, что такое решение не может стать долгосрочным. В конце марта ее отец обратился к общественности со страстной мольбой о донорском сердце. Салли повезло. Три дня спустя донор нашелся — женщина средних лет, погибшая в автокатастрофе. Семью покойной тронула просьба отца Салли, и сердце доставили в больницу Фримена, что в Ньюкасле-на-Тайне. Неделю спустя девочка очнулась после операции — с новыми жизненными перспективами. 12 мая ее радостное лицо сияло с первой полосы The Times. Она была в восторге от того, что возвращается домой, и ей не терпелось отведать любимое блюдо — морковный торт матери. Кампания, которую запустил ее отец, привела к резкому всплеску количества добровольцев, регистрирующихся в качестве доноров органов. 14 лет спустя Салли по-прежнему здорова и по-прежнему активно выступает за то, чтобы другим предоставили такой же шанс, который некогда выпал ей. Но может быть, скоро вся эта процедура уже не будет необходима?

На следующий день после того, как Салли выписалась из больницы, два специалиста по биомедицине подали совместную заявку на патент{65}. «Данное изобретение, — писали в ней Томас Райан и Тим Таунс, — обеспечивает медицину животными, которые, в свою очередь, могут снабжать другие организмы клетками, тканями и органами». Райан и Таунс обнаружили, что отключение некоторых генов и вставка генетического материала, взятого у пациента, могут позволить вырастить свинью (или обезьяну, или корову), чье сердце, печень, поджелудочная железа, кровь или клетки кожи будут совершенно аналогичны человеческим. При этом они будут генетически подогнаны под конкретного реципиента и во всех смыслах идеальны для трансплантации. Но прежде чем разобраться, как этот план воплощается в реальность (а это действительно происходит), давайте все-таки выясним, действительно ли мы хотим заниматься смешиванием биоматериала животных и людей.

«Государство призвано производить существ, созданных по образу и подобию Божию, а не монстров, являющих собой помесь человека и обезьяны»{66}. Кто это сказал — какой-нибудь сердитый епископ или ненавидящий науку проповедник? Нет, это цитата из «Майн кампф», гитлеровского манифеста национал-социализма. Отвращение перед самой мыслью о скрещивании людей и приматов разделяли и разделяют многие. Но, судя по всему, некоторые ученые мужи XX века такого отвращения не испытывали.

Первым ученым, открыто заявившим, что приматы и люди могут успешно скрещиваться между собой, стал Эрнст Геккель. На рубеже XIX–XX веков Геккель, признанный во всем мире как один из главных специалистов по недавно появившейся дарвиновской эволюционной теории, приводил в качестве доказательства своего утверждения результаты исследований крови животных и человека. Он наверняка знал о предпринятых в XVII веке попытках переливания людям крови животных. В течение какого-то времени эта практика стала пользоваться дурной славой и сошла на нет, но такое переливание вновь начали применять, как раз когда к Геккелю обратился зоолог-любитель Герман Мария Бернелот Моэнс, учитель из голландского Маастрихта, желавший доказать истинность эволюции путем демонстрации близости двух видов — человека и шимпанзе. Если самку шимпанзе удастся оплодотворить при помощи человеческой спермы, это покажет, что между двумя видами, по сути, барьера нет.

Геккель дал Моэнсу свое благословение и посоветовал ему использовать семя какого-нибудь африканца, поскольку считал, что именно в Африке обитают наиболее примитивные представители нашего вида, а значит, именно они с наибольшей вероятностью будут успешно скрещиваться с шимпанзе. Моэнс принялся готовить экспедицию, но его быстро остановило возмущение общественности. Беднягу лишили учительского места. Его профессиональная карьера оказалась загубленной из-за этого фантастического прожекта. Видимо, именно поэтому так долго замалчивалась программа, в рамках которой все-таки удалось провести эксперимент, придуманный Моэнсом. Лишь в 2002 году, после того как один российский историк науки десяток лет просеивал факты{67}, мы во всех подробностях узнали, что же некогда сделал Илья Иванович Иванов.

Иванов служил специалистом по искусственному осеменению животных при дворе российского императора. Пока остальной мир отвергал этот метод как неестественный, Иванов разработал инструменты и методики, позволившие ему стать ведущим экспертом по искусственному осеменению. Племенные жеребцы, разводимые на императорском заводе, славились крепким здоровьем, а российские сельскохозяйственные животные становились все сильнее и мощнее. К концу первого десятилетия XX века Иванов успешно вывел гибриды многих видов: в частности, он сумел скрестить самца зебры с лошадью. В 1910 году на Международной зоологической конференции в австрийском Граце он впервые упомянул о скрещивании человекообразных обезьян с людьми.

Иванов не сразу приступил к осуществлению своего плана. Волнения, которые в конце концов привели к революции, делали его положение придворного специалиста довольно непростым. А потом разразилась Первая мировая. Однако Иванов не пропал: в 1924 году он делал в Париже кое-какую работу для Института Пастера и имел влияние на Альбера Кальмета, одного из его руководителей. Кальмет как раз незадолго до этого совместно с Жан-Мари Гереном разработал новую, весьма эффективную противотуберкулезную вакцину (так называемую бациллу Кальмета — Герена, или БКГ). Ему очень хотелось проверить свои медицинские новинки на шимпанзе, и он явно считал, что знания Иванова по части искусственного оплодотворения могут пригодиться на исследовательской станции, где шимпанзе упорно отказывались размножаться. Так что он дал Иванову официальное разрешение отправиться на принадлежащую институту биостанцию, где занимались изучением приматов. Она находилась в Африке, в области, которая теперь называется Конакри (это один из районов Гвинеи). Там, по словам Кальмета, Иванов волен предпринимать любые попытки оплодотворить шимпанзе человеческой спермой.

В свое время Иванов представил свой проект как возможность «получить необычайно интересные факты для более полного понимания проблемы происхождения человека». Российская академия наук согласилась, что такие исследования имеют «огромное научное значение» и «заслуживают большого внимания и поддержки» — и выплатила Иванову достаточно денег, чтобы он мог добраться до Конакри.

Многие в СССР отнеслись к его проекту скептически, однако один ученый-энтузиаст заявил Иванову: «Не обращайте внимания на все эти слухи и толки вокруг вашего путешествия. Пусть идиоты катятся ко всем чертям!» Американская атеистическая ассоциация пообещала выплатить экспериментатору 100 тысяч долларов, если он сумеет вывести гибрид человека и обезьяны. Впрочем, следует отметить, что в Ассоциации сознавали скандальный характер эксперимента и рекомендовали Иванову не особенно афишировать свою деятельность. Иванов предложил приехать в Америку с циклом лекций, но эту идею в Ассоциации сочли преждевременной: «Будет лучше, если вы посетите США со своими лекциями уже после того, как родится первый человек-антропоид, готовый для показа публике». Впрочем, известия о грядущем эксперименте быстро дошли до общественности. Иванов стал получать негодующие и угрожающие письма, в том числе от активистов Ку-клукс-клана.

Рассказ Кирилла Россиянова о том, что произошло в Конакри, вызывает не самые приятные эмоции. Успешного скрещивания не получилось — по очень веским причинам. Начнем с того, что работа велась почти исключительно с шимпанзе, еще не достигшими половой зрелости. Исследователи покупали их у охотников, которые попросту убивали взрослых обезьян и затем продавали их детенышей. Кроме того, сама биостанция находилась в ужасном состоянии, и обезьяны здесь редко жили долго. За три года, в течение которых работала станция, было куплено более 700 шимпанзе, но меньше половины из них протянули достаточно, чтобы их успели перевезти в парижский биомедицинский центр.

Иванов впервые приехал сюда в феврале 1926 года. Он пробыл на станции месяц, но ничего не добился. В ноябре он вернулся — уже вместе с сыном, который выступал в качестве его помощника. В конце концов они отыскали трех половозрелых самок шимпанзе. Иванов выполнил осеменение, делая вид, что это какая-то обычная медицинская процедура: иначе он вызвал бы подозрения у гвинейских работников станции, которым любая форма связи между человеком и обезьяной представлялась чем-то отвратительным. Однако в этих условиях весь его опыт по части искусственного осеменения оказался бесполезен. Сама процедура проводилась слишком быстро и небрежно. Используемая сперма (которую, по-видимому, получили у кого-то из туземцев) была «не совсем свежей», к тому же впрыскивали ее в обезьянью вагину, а не в матку, как предпочел бы Иванов. Обезьян туго скручивали сетями, чтобы они не шевелились. У Иванова и его сына имелось в карманах по браунингу — на случай, если кто-то из животных все-таки сумеет освободиться. Как отмечает Россиянов, это проходило «поспешно и жестоко… словно изнасилование».

Первый опыт не увенчался успехом. Впрочем, как и вторая попытка — с самкой шимпанзе по кличке Черная, которую усыпили хлорэтилом. После этого Иванов собирался приступить к осеменению гвинейских женщин спермой шимпанзе, при этом не заручившись согласием туземок и вообще ничего им не сообщая. Однако неделю спустя губернатор передумал и отозвал свое согласие на эту процедуру. «Ужасный удар», — отмечает Иванов в дневнике. Но и это его не остановило. Вернувшись в СССР, он быстренько организовал программу по осеменению советских женщин при помощи спермы единственного советского орангутана, жившего в неволе. В эксперименте вызвалась участвовать как минимум одна женщина, но самец обезьяны по кличке Тарзан умер еще до того, как исследователи смогли приступить к опытам.

Это положило конец попыткам Иванова создать химеру из человека и обезьяны. Пока экспериментаторы ждали доставки пяти шимпанзе, беднягу официально обвинили в подрывной деятельности, а ведь его положение в Советском Союзе и без того всегда было шатким (не забудем, когда-то он служил при царском дворе). 13 декабря 1930 года Иванова арестовали и на пять лет отправили в ссылку в Казахстан. 20 марта 1932 года, буквально за день до того, как Сталин отдал распоряжение о его досрочном освобождении, Иванов умер от инсульта.

Полезно узнать об этих давних опытах, прежде чем мы углубимся в исследования сегодняшних ученых и узнаем, на что способна современная наука. Во-первых, следует отметить стремление как можно шире раздвигать границы возможного — стремление, которое сдерживается обществом. Научная работа проводится не в пустоте. Ученые, продвигающие те или иные идеи, часто делают это по своим тайным причинам, а те, кто принимает решения о том, чем следует заниматься, часто руководствуются вовсе не альтруистическими мотивами. Первые попытки осуществить переливание крови сильно отдавали ура-патриотизмом: чрезмерное внимание к национальной гордости затмевало всякие представления о целях науки. Мечта получить финансирование от Американской атеистической ассоциации в немалой степени подхлестывала энтузиазм Иванова, как и последовавшие затем субсидии от властей СССР: многие руководители страны полагали, что гибрид человека и обезьяны сокрушит последние религиозные пережитки, еще сохранявшиеся среди советского крестьянства. Однако нет никаких свидетельств о том, что кто-либо из участников этих изысканий особенно задумывался о надеждах, которые руководство страны могло возлагать на такой гибрид.

Не помешает отметить, что писавшие об этих опытах часто подавали их весьма субъективно. Россиянов с отвращением воспринял сведения о деятельности Иванова{68}. «Честно говоря, эти опыты показались мне омерзительными, — признался он в 2007 году Джону Коэну, корреспонденту журнала Outside. — Даже сейчас мне трудно понять, как такое вообще могло случиться». Два специалиста по биоэтике, Дэвид Альберт Джонс и Кэлум Маккеллар, написали весьма информативную (и оказавшую большое влияние на научное сообщество) книгу о дебатах вокруг химер «человек — обезьяна»{69}, но при внимательном чтении выясняется, что и они весьма пристрастны. Так, они приводят известную выдумку о том, что Сталин велел Иванову создать гибрид обезьяны и человека, чтобы вернуть былую мощь советской военной машине{70}: «Как писали московские газеты, Сталин сказал ученому: „Мне нужно новое человеческое существо, неуязвимое, нечувствительное к боли, равнодушное к качеству пищи“». Свои доводы они подкрепляют указанием на то, что «советская власть тогда и в самом деле отчаянно стремилась воссоздать Красную Армию после ряда сокрушительных войн». Однако в статье Россиянова ничего не говорится о сталинской диктатуре: этот «приказ Сталина», судя по всему, впервые упоминается лишь в статье 2005 года{71}, вышедшей в Scotsman.

По мнению Джонса и Маккеллара, для создания химер «человек — животное» нет особых медицинских оснований. Может быть, и это утверждение ложно? Это очень важный вопрос, поскольку сегодня стали неоспоримой реальностью химеры «человек — животное», а точнее, «животные, содержащие человеческий биоматериал».

Возможно, вы скажете, что мы уже, в сущности, химеры: в конце концов мы ведь представляем собой смесь человеческих и бактериальных клеток. Те несколько триллионов клеток, из которых состоит ваш организм, постоянно соседствуют с несколькими сотнями триллионов бактерий: без этих дополнительных килограммов чужой биологии мы едва ли смогли бы функционировать. Бактерии, обитающие в вашем кишечнике, подают вашей иммунной системе особые сигналы, предупреждающие о вторжении опасных захватчиков. Внешняя поверхность вашего тела тоже покрыта микроорганизмами{72}, и в общей сложности их около тысячи видов (по оценкам, опубликованным в Science в 2012 году). Эти бактерии тоже обмениваются сигналами с иммунной системой, чтобы помочь нам справляться с инфекциями.

Так что, по сути, мы являем собой скопище бактерий, которых гораздо больше, чем человеческих клеток, составляющих основу нашего организма. Но мы сумели отомстить: в фармацевтических компаниях по всему миру громоздятся огромные чаны с бактериями, и эти бактерии напрямую выполняют задание, поставленное им человеком. Эти бактерии постоянно и непрерывно занимаются выработкой человеческого инсулина для 35 миллионов страдающих диабетом 1 типа. Организм таких больных не умеет вырабатывать этот белок, который позволяет клеткам получать доступ к энергии, добываемой в процессе питания. Проблему сравнительно легко решить: можно вкалывать инсулин в подкожную жировую прослойку, а затем система кровообращения доставит его туда, где он необходим. Откуда же диабетики, которым требуется инсулин, получают его? От химер — бактерий, в которые встроен определенный человеческий ген, благодаря чему они, потребляя определенные питательные вещества, выделяют инсулин.

Строго-то говоря, инсулинопроизводящие бактерии — трансгенные химеры: иными словами, они содержат генетический материал другого вида, но не чужие клетки целиком. Существует несколько различных типов химер. «Истинные химеры» — лоскутное одеяло клеток двух разных животных (эти животные могут принадлежать, а могут и не принадлежать к одному виду). Такие организмы получают путем слияния двух эмбрионов (либо в реальной утробе, либо в лабораторной установке) или путем введения в развивающийся эмбрион стволовых клеток другого животного. А еще есть «истинные гибриды»: как раз что-то подобное тщился создать Иванов. Их получают смешиванием яйцеклеток и сперматозоидов разных видов. Проведенное Ивановым успешное скрещивание лошадей и зебр показывает, что такая процедура иногда может давать жизнеспособные эмбрионы. Думаете, для этого исходные животные должны более или менее походить друг на друга? В ходе одного из опытов тысячи яйцеклеток самки хомячка оплодотворили человеческой спермой. Правда, яйцеклетки пребывали не в своем естественном состоянии: при помощи специальных реагентов с них удалили вителлиновый слой — защитную оболочку, которая пропускает лишь сперматозоиды данного вида. Затем эти яйцеклетки стали использовать при проверке мужской спермы на фертильность: «тест хомячка» показывает, обладают ли сперматозоиды испытуемого достаточной подвижностью и силой, чтобы проникнуть в яйцеклетку самки хомячка.

Сейчас на смену «тесту хомячка» почти везде пришли более новые методы проверки фертильности, при которых проводится непосредственное исследование спермы. Закон никогда не позволял сохранять эмбрионы, которые получились бы при взаимодействии человеческой спермы с яйцеклетками самок хомячков (если при этом действительно возникают эмбрионы), а уж тем более внедрять их в матку какого-то биологического вида. Но создание такого истинного гибрида человека и хомячка остается теоретически возможным.

Возможен и клеточный гибрид, возникающий при слиянии двух клеток двух разных видов, только это не сперматозоиды и яйцеклетки, поэтому такой гибрид не может развиться в полноценное животное. Однако этим методом можно в лабораторных условиях получить набор клеток, у каждой из которых будет по одному набору хромосом («упакованных генов») от каждого вида. К примеру, исследователи могут проводить слияние групп клеток кожи человека и крысы, изменяя при этом хромосомы человеческих клеток. Наблюдая за тем, какие вещества производят получившиеся клетки, можно попытаться выяснить функции различных генов человека.

Еще бывают цибриды, то есть цитоплазматические гибриды. Эти существа получаются при переносе донорской ДНК в яйцеклетку другого вида (из которой перед этим удаляют ее собственную ДНК). Цибрид можно также создать, поместив ядро клетки в другую клетку, из которой, опять же, предварительно удалили ее собственное ядро. Донорская ДНК берет управление на себя, тогда как донор яйцеклетки отвечает лишь за примерно 0,1 % получившегося существа.

Когда в создании цибрида участвует человеческая ДНК, международное законодательство требует, чтобы такой эмбрион уничтожали в течение ближайших нескольких дней. Впрочем, этого времени хватает, чтобы получить из растущего эмбриона стволовые клетки, поэтому такие гибриды весьма полезны для медицинских исследований. Собственно, в этом и заключается основная задача исследований человеческих химер: вырастить в чашке Петри что-то такое, что способно помочь нам разобраться, где и почему возникают человеческие недуги. По крайней мере, такую надежду питают исследователи — и именно так они оправдывают свои действия.

Создание человеческих химер путем встраивания человеческих клеток в животный организм зачастую дает возможность создавать животных, подверженных болезням, специфичным лишь для людей. А значит, мы можем исследовать такое существо методами, которые считались бы этически недопустимыми, вздумай мы применить их на человеке. Встраивание человеческих генов в яйцеклетки животных считается теперь «почти рутинной» процедурой, как явствует из одного доклада, представленного британской Академией медицинских наук{73}. С помощью такой процедуры исследуют, например, болезнь Хантингтона и мышечную дистрофию.

Мы больше полувека прививаем мышам разные виды человеческих онкологических заболеваний, чтобы наблюдать, как будут развиваться такие недуги у этих животных (и как будут при этом развиваться сами животные). Мыши-химеры с «очеловеченной» иммунной системой играют важнейшую роль в фармацевтической гонке, цель которой — победить ВИЧ. Крысы, которым прививают нейронные стволовые клетки человека, помогают нам понять, как восстанавливать мозг пациента после инсульта. А еще есть надежда на получение химерических органов.

Если вы хотите, чтобы у свиньи выросла человеческая поджелудочная железа, следует первым делом отключить в ядре свиной клетки ген, отвечающий за развитие свиной поджелудочной железы. Этот ген носит название PDX-1. Затем из яйцеклетки свиньи удаляют ядро (которое содержит все гены донора яйцеклетки). Вместо этого ядра помещают свиное ядро, в котором отключен ген, отвечающий за поджелудочную железу.

Если такой яйцеклетке позволить развиваться (и если она будет это делать успешно), получится большое свинство: нормальная жизнь без поджелудочной железы невозможна. Но, предположили Таунс и Райан, если вовремя ввести плюрипотентные стволовые клетки человека (способные стать любыми клетками организма), они заполнят этот пробел, и взрослая свинья все-таки будет иметь поджелудочную железу — человеческую.

И это никакая не фантастика. В 2010 году, когда Салли Слейтер отмечала десятую годовщину пересадки сердца, спасшей ее жизнь, Хиромицу Накауши и его коллеги в Токио и Лондоне отмечали необычайный успех{74} своей работы. Они сумели вырастить крысиную поджелудочную железу в организме мыши, внедрив плюрипотентные стволовые клетки крысы в мышиную бластоцисту (бластоциста — эмбрион, которому позволили некоторое время развиваться).

У мышиной бластоцисты заранее отключили ген PDX-1. Крысиные клетки смешивались с мышиными, делая каждую часть мыши несколько крысоподобной, однако поджелудочная железа мыши в результате почти целиком состояла из крысиных клеток. К тому же она оказалась совершенно здоровой и функционировала нормально. Мышь тоже отлично себя чувствовала — до тех пор, пока ее не подвергли безболезненному умерщвлению, чтобы изучить ее поджелудочную железу.

Вот почему в июне 2013 года власти Японии разрешили ученым страны встраивать человеческие клетки в организм животных. До этого японское законодательство (как и законодательство всех прочих государств) предписывало приостановить развитие «ферм органов». Не во всех странах имелись специалисты, которые знали, как проводить подобное выращивание органов. Помните, как обиделись британцы, когда французы первыми успешно провели межвидовое переливание крови? Японцы не желали испытывать такое же унижение, ведь их исследователи провели всю подготовительную работу.

К июню японские ученые добились нового успеха, и 3 июля исследователи из Йокогамского университета представили общественности мышь с человеческой печенью{75}. Это существо стало, по сути, лишь живым доказательством идеи и может еще в течение десятка лет не получить практического применения в медицине, однако его появление все равно ознаменовало настоящую научную революцию.

Печень вырастили из человеческих стволовых клеток (взятых из кожи), которые химически перепрограммировали так, чтобы переставить назад их биологические часы, вернув их в состояние плюрипотентных. Дальнейшая обработка всевозможными веществами заставила их превратиться в различные виды клеток, имеющиеся в печени. Когда эти «печеночные зародыши» подсадили в организм мыши, они подключились к мышиной кровеносной системе и продолжили свое развитие. Затем ученые подмешали в мышиную пищу вещества, которые по-разному расщепляются в мышиной и человеческой печени. И убедились (посредством анализа крови), что продукты расщепления — именно те, что характерны для печени человека.

Однако в случае с поджелудочной железой недостаточно вырубить соответствующий ген. Не все клетки поджелудочной железы, которую Накауши вырастил у мыши, состояли из крысиного материала, поскольку кровеносные сосуды, питающие железу, выстроены по инструкциям, содержащимся в другом гене. Впрочем, и эту проблему Накауши сумел решить: он отключил мышиные гены, отвечающие за создание капилляров, вен и артерий. Плюрипотентные стволовые клетки заполняют возникшие пробелы и формируют из крысиной ткани кровеносные сети, разносящие кровь по всему телу мыши. Все готово для грандиозного финального этапа.

Вас вряд ли удивит, когда вы узнаете, что цель этих опытов — вырастить человеческую печень целиком. Разумеется, внутри мыши это проделать невозможно, вот почему Накауши применил мышино-крысиную методику к свиньям: эти существа имеют достаточно большие размеры, чтобы выращивать в них человеческие органы. Пока он сумел вырастить поджелудочную железу одной свиньи внутри другой свиньи. Но в ближайшее время он намерен создать свинью с человеческими капиллярами, венами, артериями и поджелудочной железой. Правда, есть одна сложность: нужно гарантировать, что плюрипотентные стволовые клетки человека не будут превращаться в клетки неподходящего типа. Если они обратятся в яйцеклетки, сперматозоиды или мозговые клетки, это будет означать, что Накауши нарушил закон, который опасаются преступать даже исследователи химер.

Маккеллар и Джонс с большим пафосом описывают первую из возможных катастроф эры химер. Как они утверждают, не исключено, что «некоторые человеческие клетки найдут дорогу в развивающиеся яички или яичники, где из них могут вырасти человеческие сперматозоиды и яйцеклетки. Если две такие мыши-химеры спарятся, может образоваться человеческий эмбрион, пойманный в мышином теле».

Вы не можете себе такое представить, да? Наше сознание отказывается вместить этот образ — мышь, неудержимо распухающую изнутри, потому что в ее утробе растет человеческий зародыш. Маловероятно, что такое вообще осуществимо: в мышиной матке почти наверняка не могут появиться питательные вещества и биологическая инфраструктура, поддерживающие человеческий эмбрион. Тем не менее никто пока особенно не стремится экспериментально проверить способность мыши зачать человека Маккеллар и Джонс осчастливили нас кошмарным сценарием, а вот британская Академия медицинских наук выдвигает более правдоподобную версию. В своем докладе о химерах («животных, содержащих человеческий биоматериал») Академия ясно дает понять, что получеловеческие-полуживотные эмбрионы (подобные тем, что пытался создать Иванов) сегодня вполне возможны: «Некоторые работы действительно приводят к появлению нормально функционирующей человеческой спермы и/или яйцеклеток в организме животных, поэтому есть некоторая вероятность неумышленного оплодотворения с участием половых клеток человека и животных».

Но все равно это, конечно, маловероятно. А если такое и произойдет, появление жизнеспособного эмбриона еще менее реально. Однако Академия рекомендовала создать экспертный совет, который должен тщательно рассмотреть подобный сценарий, прежде чем каким-либо ученым разрешат сделать реальной эту исчезающе малую вероятность. Накауши заявляет, что он нашел способ помешать плюрипотентным стволовым клеткам превращаться в сперматозоид или яйцеклетку. Готовы ли мы поверить ему на слово? Тот же вопрос можно задать о его способности помешать стволовым клеткам превратиться в мозговые.

Тут перед нами начинает маячить еще один кошмар — свинья (или обезьяна, или мышь) с человечьим мозгом. Думаете, такое существо может появиться лишь случайно? Не обязательно. Одна из целей исследователей, работающих с химерами «человек — животное», состоит в том, чтобы ввести нейронные стволовые клетки человека в мозг приматов и выяснить, каким образом в нем будет орудовать болезнь Паркинсона. Академия замечает: «Ключевой вопрос, на который пока нельзя с уверенностью ответить, состоит в том, не приведет ли заселение мозга животного человеческими клетками к развитию у животного каких-то элементов человеческого сознания или „человекоподобного“ поведения и восприятия».

Такое предположение звучит забавно — просто смехотворно, как считают некоторые эксперты. Но вполне реальные прецеденты заставляют задуматься. Вот, например, еще один случай, который кажется забавным: сотрудник Гарвардского университета Ивен Балабан при финансовой поддержке Национального института психического здоровья покрыл клювы цыплят люминесцентным красителем, который используется при производстве футболок{76}. Но это вовсе не смешной эксперимент: его постоянно вспоминают, предупреждая исследователей, чтобы они проявляли большую осторожность, работая с мозговой тканью человека, и не позволяли ей расти где угодно.

Балабан произвел хирургические операции над этими птенцами, пока они еще находились внутри яиц. Он взял мозговые клетки зародышей японского перепела, проделал крошечные отверстия в куриных яйцах и встроил перепелиные клетки в мозг куриных зародышей.

Когда цыплята вылупились, Балабан отнес их в студию, которую специально подготовил в одной из гарвардских лабораторий, и записал их поведение на видео. Люминесцентная краска позволяла камере легко фиксировать все движения цыплячьей головы. И это было очень важно: издавая крики, цыплята дергали головой вверх-вниз совершенно по-перепелиному. Да и сами крики оказались совершенно перепелиными Внедренные клетки захватили власть над организмом.

Если существо кричит, как перепел, и движется, как перепел, это еще не значит, что перед вами перепел. Птицы Балабана, несомненно, были цыплятами, то есть птенцами курицы. Но многие черты их поведения были, несомненно, перепелиными. Отсюда и такое беспокойство насчет выведенных нами животных, которые могут содержать человеческие мозговые клетки. К примеру, сколько таких клеток нужно мышке, прежде чем в ее поведении появятся черты, характерные для человека?

Вопрос кажется еще более уместным применительно к исследованию причин болезни Паркинсона и болезни Альцгеймера. Так, предлагается изучать мозг человекообразных обезьян с введенными в него человеческими мозговыми клетками. Не все убеждены, что эта такая уж хорошая идея. Авторы одной из статей, вышедших в 2005 году в журнале Science, предположили, что в результате может измениться «моральный статус» обезьяны{77}. Если такая подсадка клеток изменит способность примата ощущать удовольствие и боль, использовать языковые навыки и рациональное мышление, налаживать глубокие отношения с окружающими, все может перемениться. «Высота морального статуса такого примата для нас будет пропорциональна той степени, в которой животное сумеет обрести эти новые способности и возможности», — отмечают ученые.

Конечно, в основе всего этого лежит допущение (которое мы уже подвергли сомнению), что обычным-то животным не следует приписывать «высокий моральный статус». Но прежде чем мы перейдем к этому вопросу, давайте подведем промежуточные итоги. Как мы сейчас относимся к химерам?

Исследование химер кажется делом многообещающим, но оно не дает никаких гарантий: мы не в состоянии предсказать, принесет ли оно плоды в долгосрочной перспективе. Чтобы удовлетворить спрос на человеческие донорские органы, понадобится ежегодно забивать для этой цели по миллиону свиней{78} — если мы решимся по-новому отнестись к практике трансплантации и станем выращивать свиней на органы. Пускай вы даже обожаете ветчину и сосиски: это все-таки очень большое количество животных, и такая практика поневоле вызывает некоторую брезгливость. С другой стороны, представьте себе, как горевали родители Салли Слейтер, когда донор все никак не появлялся. Что хуже? Дискуссия на эту тему уже началась. И уже сейчас ясно, что простых ответов здесь не существует.

Взять хотя бы доклад 1996 года о проблемах ксенотрансплантации — пересадки органов животных человеку. Доклад подготовили в Наффилдском совете по биоэтике. Авторы просили общественность высказать свое мнение{79}. Что ж, во мнениях недостатка не было.

Вот высказывание одного из опрошенных: «Вызывает беспокойство, в частности, нарушение границ, которые обычно непроницаемы. Можно ли считать, что при получении органа от животного человеческая сущность разбавляется животной, а значит, мы становимся в меньшей степени людьми?» В докладе выражена озабоченность возможной реакцией тех, кто считает некоторых животных нечистыми с религиозной точки зрения. Для ксенотрансплантологов первой на очереди стоит свинья, чьи органы примерно аналогичны нашим по размеру и функциям. Но и иудеи, и мусульмане могут не захотеть, чтобы им пересадили такой орган.

И дело не только в религии. Проведенный в Австралии небольшой опрос среди медсестер, работающих в отделениях интенсивной терапии, показал, что две трети респондентов не согласились бы получить орган от свиньи. Примерно такова же доля потенциальных реципиентов донорских органов в Великобритании, выразивших аналогичное нежелание.

Тем не менее авторы доклада делают вывод, что, несмотря на все сомнения, есть веские медицинские основания всячески развивать исследования в области ксенотрансплантологии, если только удастся внедрить строгие этические и законодательные нормы, регулирующие такую работу. Но для кого-то мало и подобных норм. В 2008 году испанское научное общество «Фонд BBVA» обратилось к 22 500 респондентам с таким же непростым вопросом{80}: «Как вы думаете, в какой степени морально приемлемо выращивать гибридные эмбрионы возрастом несколько дней, чтобы получать из них стволовые клетки, которые будут использоваться исключительно в исследовательских целях?».

Опрос проводили среди жителей 12 европейских стран, а также Японии, Израиля и США. Респондентам подробно объяснили, что имеется в виду: из яйцеклетки животного (скажем, кролика или коровы) извлекается ядро, после чего оно заменяется ядром взрослой человеческой клетки. Стволовые клетки, полученные из этого гибридного эмбриона в тот момент, когда он уже проживет несколько дней, будут практически на 100 % человеческими. Эти стволовые клетки могут применяться лишь для дальнейшего развития биомедицинских исследований. Их никогда не будут пересаживать пациентам, а гибридным эмбрионам не позволят развиваться дальше этой предварительной стадии. И эти эмбрионы тоже никогда не будут имплантировать пациентам.

Реакция оказалась в основном негативной. Большинство опрошенных заявили, что не считают морально допустимым проводить передовые биомедицинские исследования с помощью смешивания человеческого и животного биоматериала. Дальнейшие вопросы показали, почему это так: многие опасались, что прорыв межвидового барьера создаст беспрецедентные возможности для всякого рода неприятных явлений.

Однако некоторые с оптимизмом отнеслись к открывающимся перспективам. «Кое у кого из моих друзей рассеянный склероз и эпилепсия, — сообщил один из респондентов исследователям, готовившим доклад для британской Академии медицинских наук. — Они живы лишь благодаря лекарствам, которые принимают. И я рад, что они до сих пор рядом. Я безумно люблю животных, но нам нужно развивать медицину, чтобы спасать близких».

Вот еще одно мнение из того же лагеря: «Мне это не так уж и нравится, но если это приносит пользу, значит, оно того стоит». Но вот что другой респондент говорит о возможности появления у животных человеческих половых клеток: «Это совсем уж за гранью. Просто ужасно. Может, если на Земле больше не останется спермы… Но иначе — ни за что».

А ваша позиция какова? Вам может показаться, что до нее никому нет дела, ведь ученые будут все равно продолжать свои изыскания и делать то, что делают. Но это не так. Мы долго недооценивали роль, которую играет общественное мнение в выборе дальнейших путей развития науки. Иногда оно задерживает научный прогресс и создание лучшего мира, а иногда препятствует созданию мира худшего. Порой же оно служит рулем, позволяющим нашему кораблю доплыть до тех мест, которые и не снились ученым даже в самых фантастических снах.

В общем, насчет химер мы не очень-то уверены. Что ж, с эпигенетикой такая же сложная история. Во многих случаях она даже еще запутаннее. Сейчас мы узнаем, как науку гнетут политические вопросы, войны и историческое бремя, как на открытия набрасываются, чтобы использовать их для оправдания новых законодательных мер или для того, чтобы потребовать компенсаций и репараций. Все это кого угодно смутит, особенно если учесть, что мы до сих пор толком не понимаем, что же означают все эти новейшие достижения в области эпигенетики. Не понимаем мы и то, как эпигенетические эффекты скажутся на будущем человечества.

Я без особой страсти, но все же с интересом изучаю свое генетическое наследство. вот почему в один прекрасный день я оказался перед домом номер 772 на нью-йоркской Сент-Николас-авеню. Это типичный богатый особняк рубежа XIX–XX веков, большой, прочный, солидный и в точности напоминающий своих соседей. Хотя я впервые попал в Гарлем и немного неуютно чувствовал себя, пялясь на это здание, оно показалось мне чем-то родным. Когда-то здесь жила моя прапрабабушка.

Звали ее Лаура Брукс. У меня есть ее фотография, где она сидит в кресле у подножия широкой лестницы, слегка улыбаясь, словно фотограф только что рассказал ей забавную историю. Она была портнихой и, судя по всему, неплохо зарабатывала: во всяком случае, когда она поплыла на две недели в Эдинбург, чтобы навестить сына (моего деда), у нее были собственные каюты на Queen Mary. Она не собиралась ютиться в третьем классе лишь из-за того, что она негритянка.

Я ее не застал. И вообще я не знал никого из моих прадедушек и прабабушек, да и дедушку и бабушку с отцовской стороны я не знал. С отцом я впервые увиделся, уже когда мне был 21 год: он ушел из семьи, когда мне был всего год. Меня часто спрашивают, как прошла наша первая встреча. Как же много всяких мелочей для меня тогда внезапно обрели смысл! Выяснилось, что у нас с ним одинаковое телосложение. Похоже, нас смешили шутки одного и того же типа. Помню, я тогда подумал, что чувство юмора наверняка черта генетическая.

После той встречи я стал постепенно собирать из кусочков свое прошлое. Мне почему-то очень приятно, что у меня есть ямайские гены: мы с детьми ощутили довольно абсурдную гордость, когда смотрели по телевизору, как Усейн Болт побеждает в стометровке на лондонской Олимпиаде 2012 года. Еще больше они обрадовались, когда я рассказал, что их прадедушка (отец моего отца) был спринтером в легкоатлетической команде нью-йоркской Школы Джорджа Вашингтона. У нас, Бруксов, мощное телосложение, заметил я: вот вам один из плюсов того, что у нас в роду ямайские рабы. Что ж, это вполне справедливо, хотя тут есть и несомненные минусы.

«Сегодня широко известно, что средний мужчина-афроамериканец из Гарлема доживет до 65 лет с меньшей вероятностью, чем средний житель Бангладеш мужского пола»{81}. Это ужасающий статистический факт, и когда Кристофер Кузава и Элизабет Свит использовали его в первом же абзаце своей статьи 2009 года о нарождающейся науке под названием эпигенетика, они знали, что этот факт ужаснет читателей. Но лишь усилили натиск:

В среднем по США у афроамериканцев, с учетом возраста, смертность от всех факторов в 1,5 раза выше, чем у белых. В это неравенство вносят большой вклад сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) и их предшественники, в том числе гипертония, диабет и ожирение. Риск умереть от ССЗ для афроамериканца в 1,3 раза выше, чем для белого жителя США, а вероятность развития диабета — в 1,8 раза выше. Уровень распространенности гипертонии у афроамериканцев примерно в 1,5–2 раза выше, чем у их белых соотечественников и особенно высок в некоторых регионах, скажем, в так называемом «инсультном поясе» американского Юга. В целом примерно у половины всех взрослых афроамериканцев развивается та или иная форма ССЗ, что делает расовые различия одной из самых насущных проблем американского здравоохранения.

В 1980-е годы исследователи из Саутгемптонского университета, пытавшиеся понять, что же лежит в основе подобной статистики, натолкнулись на интересную корреляцию. Недуги вроде сердечно-сосудистых заболеваний, диабета и гипертонии оказались более распространены среди взрослых, вес которых при рождении был ниже среднего уровня{82}. Между низким весом новорожденного и сокращением ожидаемой продолжительности жизни наблюдалась четкая связь. В конце концов решили, что эмбрион, испытывающий нехватку питания, распределяет получаемые ресурсы иначе по сравнению с тем, который питается нормально. Наиболее очевидным способом адаптации к недостатку пищи могло бы стать замедление роста эмбриона, однако при этом еще и мог бы нарушаться ход развития органов и другие аспекты физиологии. Один хорошо задокументированный пример — тот факт, что у детей, получавших слишком мало питания в утробе, почки по размеру гораздо меньше, а значит, куда выше вероятность, что в дальнейшем эти органы откажут.

Более того, этот ущерб — навсегда. Посадите новорожденного с низким весом на компенсационную высокопитательную диету, и он все равно будет подвергаться большему риску заболеть целым спектром недугов, ассоциируемых с пониженным весом при рождении. Внутриутробное недоедание — негативный фактор, который остается с человеком на всю жизнь. И это лишь одна из причин, по которым нам следует получше разобраться с новой наукой под названием «эпигенетика».

«Эпи-» означает «над» или «в добавление к». Если хотите узнать, как будет развиваться эмбрион (или любой другой биологический объект), недостаточно все выяснить насчет генов, этих химических единиц, которые во многом определяют цвет глаз, цвет волос и целый ряд других признаков, черт и характеристик. Вам понадобится еще и узнать об особенностях той среды, в которой проявляются химические свойства этих генов. Генетик Стив Джонс в своей книге «Обещания Змея-искусителя» замечает: «Чем больше мы знаем о генах, тем важнее нам кажется влияние среды»{83}.

Но начнем все-таки с генов. Впервые наследственность стал серьезно изучать монах-августинец Грегор Мендель. Он сделался священником по финансовым причинам, оказался безнадежен в общении с прихожанами, пытался стать учителем, но провалил экзамены. Оставалась разве что тихая жизнь в Августинском аббатстве святого Томаша в Брно. Но именно там он решился на совершенно новое дело: ему хотелось выяснить законы наследственности.

«Нужна известная смелость, чтобы взяться за работу, которая может иметь столь далеко идущие последствия»{84}, — писал Мендель, представляя свои результаты в 1866 году. Когда он затевал эксперимент, принято было считать, что мы наследуем смесь характеристик наших родителей и что при этом происходит своего рода усреднение. Но опыты Менделя с горохом (он исследовал в общей сложности 29 тысяч экземпляров растений) разбили в пух и прах эту затхлую старомодную идею. Так, при скрещивании «чистокровок» с белыми и пурпурными цветами он обнаружил, что у следующего поколения цветы сплошь пурпурные. Из подобных экспериментов он сделал вывод: существуют некие единицы наследственности, причем инструкция «Будь пурпурным» почему-то доминирует над инструкцией «Будь белым». В конце концов ученый монах Мендель при помощи полученных экспериментальных результатов, логических умозаключений и математических соотношений, а также некоторой ловкости рук извлек из своих открытий два закона.

Один из них — закон расщепления. Для каждого признака (скажем, окраски цветка) у растения имеются два фактора, один из которых может доминировать над другим. Лишь один из факторов передается следующему поколению: дочернее растение получает другой фактор от другого родителя. При этом доминантный фактор определяет физические признаки дочернего растения — его внешний вид.

Другой закон — закон наследования, согласно которому, попросту говоря, каждый фактор не зависит от других факторов. Две различные физические характеристики (например, форма листьев и цвет лепестков) передаются по наследству двумя различными факторами.

Вот, собственно, и все. На вывод двух законов у него ушло 8 лет, причем специалисты сходятся во мнении, что он при этом наверняка несколько подтасовывал результаты. Опыты Менделя (если верить его собственным отчетам о них) порождали поколения цветов, чьи физические характеристики слишком уж идеально согласовались с его законами наследственности. Возможно, именно этим объясняется последняя фраза во введении к его труду: «Мы предоставляем благосклонному читателю право решить, был ли план, согласно которому проводились отдельные эксперименты, наилучшим образом приноровлен к достижению желаемой нами цели».

Лишь спустя годы после смерти Менделя ученые начали понимать, что он гениально выявил важную и глубокую закономерность. Эта задержка объясняется не сомнениями насчет его экспериментальных результатов: дело в том, что Мендель совершил страшный грех, отделив наследуемые признаки от приобретенных. В работе Менделя ничего не говорилось о механизмах проявления физических признаков у новых растений. В то время никто не изучал наследование в отрыве от процессов развития, так что никто не обратил внимания на болтовню какого-то австрийского монаха. Вот почему лишь по прошествии трех десятков лет, уже после того, как Чарлз Дарвин опубликовал свое «Происхождение видов» и заявил о необходимости найти единицу наследственности, несколько исследователей заново изобрели велосипед, открыв законы Менделя во второй раз.

Дарвиновская теория эволюции в сочетании с новым — математическим — подходом к наследственности, продвигавшимся его кузеном Фрэнсисом Гальтоном, стала мощным стимулом для развития биологии. В 1894 году кембриджский ученый Уильям Бейтсон опубликовал книгу, где описал наблюдения случаев естественной изменчивости{85} и призывал «организовать систематические эксперименты по разведению живых существ». Вскоре после выхода книги он обнаружил, что Мендель уже осуществил такие опыты. Бей-тсон перевел труды Менделя на английский и в 1905 году придумал термин «генетика» (от греческого слова, означающего «порождать»). Так начались попытки выделить единицу наследственности.

Гены, как мы теперь знаем, представляют собой крупные молекулы, содержащие информацию, необходимую для создания белков, выполняющих всю тяжелую биологическую работу. В нашем геноме четыре типа таких молекул. Обычно их представляют буквами А, Т, Ц и Г: это своего рода геномный алфавит. Слова в нем трехбуквенные. Они сгруппированы в абзацы, именуемые экзонами. А уж эти абзацы как раз и объединены в гены. Гены, в свою очередь, располагаются на длинных цепочках сахаров или фосфатов, причем молекулы А, Т, Ц и Г торчат вбок от этих цепочек. Конкретный набор этих букв составляет огромную книгу инструкций, а читают ее другие молекулы нашего организма. Эти молекулы используют инструкции для того, чтобы производить белки.

Когда мы впервые начали вычленять отдельные гены, стало ясно, что у разных живых существ — разные цепочки ДНК. В том месте, где у одного Г, у другого может быть Ц. Там, где у одного Т, у другого может оказаться А. Общее число возможностей здесь колоссально. Вот откуда это немыслимое разнообразие животных и растений и такая огромная физическая изменчивость в пределах одного и того же вида.

Это заманчивое открытие сулит объяснение множества явлений. Когда близился к завершению проект по расшифровке генома человека (по выяснению последовательности букв, дающей рецепт человеческого существа), генетик, популяризатор науки и патологический оптимист Мэтт Ридли написал в своей книге{86} «Геном»: «В течение ближайших лет нас ждет огромный скачок: только что мы почти ничего не знали о генах, но вот-вот мы узнаем о них все». В своей преувеличенной оценке Ридли оказался не одинок. В 2000 году, незадолго до публикации расшифрованного человеческого генома, Nature назвал интернет-шлюз, через который поступали данные, «золотой тропой»{87}. В 2010 году авторы одной из статей в журнале Cell{88}, использовавшие новообретенную способность добывать из генома эволюционную информацию, заявили, что наступил «золотой век эволюционной генетики». А в 2011 году журнал Science давал понять{89}, что мы живем в «золотом веке популяционной генетики человека». В это же время выходят статьи под такими названиями: «Геном дрожжей: путь к золотому веку», «золотой век микробной геномики», «Генетика и золотой век биологии»… Я могу продолжить перечисление, но не стану, поскольку все это далеко от истины.

А истина заключается в том, что мы уже несколько десятилетий знаем: дело не только в генетике. Да, анализ геномов самых разных существ, от бактерий E. coli до горилл и золотистых ретриверов (от золота никуда не деться), открывает перед наукой сияющие перспективы. Расшифровка генома дает нам последовательность, состоящую из миллионов генов, каждый из которых содержит в себе рецепт производства определенного белка, который, в свою очередь, выполняет определенную биологическую функцию. Эта последовательность генов — код данного организма. Однако даже организмы, обладающие совершенно идентичным набором букв в своем коде ДНК, могут отличаться друг от друга. Оказывается, гены способны включаться и выключаться под действием веществ, находящихся в той среде, которая их окружает. И эти факторы среды могут иметь последствия (иной раз весьма глубокие и печальные) для многих поколений.

Первый намек на могущество эпигенетических изменений промелькнул еще в начале 1990-х, когда генетики стали детально изучать потомков жертв гуманитарной катастрофы, которая породила тонкие, как у эльфа, черты Одри Хепберн.

Самая знаменитая роль Хепберн — это, пожалуй, Холли Голайтли в «Завтраке у Тиффани». Впрочем, это не настоящее имя ее персонажа: как выясняется (не сразу), манхэттенская светская львица на самом деле простая девушка из Техаса по имени Лулу Мэй Барнс. В 14 лет она вышла замуж и сбежала от мужа, надеясь отыскать способ финансово поддержать своего брата, который возвращается из армии.

Сценарий наверняка задел Хепберн за живое: в свое время ей самой пришлось заново изобрести себя, убежав от своего печального прошлого. Зимой 1944 года эта девочка-подросток называла себя Эдда ван Хеемстра. Она жила в оккупированном немцами голландском Арнеме, и ее типично британское имя, Одри Кэтлин Растон, могло вызвать опасные подозрения.

Впрочем, у нее хватало смелости втайне от властей исполнять балетные номера, чтобы собрать средства для голландского подполья. Эти представления наверняка давались ей непросто: как и большинство зрителей, Эдда страдала от анемии, отеков и респираторных проблем. Оккупационные войска регулярно морили голодом население всего региона — в наказание за отказ помогать нацистам воевать с их противниками. В этот период, который называют Голландской голодной зимой, умерло около 22 тысяч человек. Страшная зима 1944 года продолжала сказываться на здоровье Эдды до конца ее жизни. К тому времени, как союзники освободили Арнем, к ее недугам прибавились желтуха, эндометриоз, астма и депрессия. Она снова взяла имя Одри, но не смогла избавиться от последствий всех пережитых лишений.

Исследование жертв Голландской голодной зимы выявило{90} несколько примечательных фактов. У девочек, рожденных женщинами, которые находились во время голода на ранних стадиях беременности, склонность к шизофрении была вдвое выше, чем у их сверстниц. Мы уже знаем, что у этого заболевания есть генетическая составляющая: вероятность шизофрении для вас повышается, если ею страдают ваши родители или еще какие-то близкие родственники. Связь здесь очень сложная и почти наверняка в ней участвуют тысячи генетических компонентов, однако ясно одно: что-то происходило с генами этих детей еще в материнской утробе.

Еще одним неожиданным результатом стала склонность к ожирению. Матери, недоедавшие на ранних стадиях беременности, рожали детей с более высокой вероятностью развития ожирения в ходе дальнейшей жизни. Здесь тоже играют роль генетические изменения: хорошо известно, что тенденция к излишней тучности частично имеет наследственный характер. Матери, плохо питавшиеся на поздних стадиях беременности (когда в основном и происходит рост эмбриона), производили на свет младенцев, чей вес значительно ниже среднего показателя. Эти дети так никогда и не догоняли сверстников по физическим показателям: их размеры тела оставались меньше средних (для данного возраста и региона), и для них оказывалась ниже вероятность развития ожирения.

У голландок, родившихся в ту зиму, была выше вероятность развития рака груди. Кроме того, для детей голодной зимы оказался вдвое выше (чем у их сверстников) риск развития коронарных заболеваний. Считается, что в этих двух недугах тоже задействован фактор наследственности. Недоедание во время беременности, судя по всему, оказывает долговременное влияние на генетику ребенка. И даже на следующее поколение — на внуков такой женщины. Ученые сейчас лишь начинают выявлять эффекты, которые передаются из поколения в поколение от предков, подвергшихся стрессовому воздействию среды, но результаты обследования потомков жертв Голландской голодной зимы заставляют предположить, что изменения в характере включения и выключения генов держатся по меньшей мере на протяжении двух поколений: у тех, кто страдал от недоедания в материнской утробе в голодный период, и у их собственных детей. Но этот эффект может распространяться и гораздо дальше, в следующие поколения.

Всем нам известно, что генетика влияет на цвет волос. Особенно заметно это среди рыжих: у них один-единственный ген (он называется MCIR) способствует экспрессии признака рыжины. Однако у мышей, скрещенных с грызуном агути (будем называть их мышами-агути), цвет шерсти потомства может изменяться при неизменном геноме. Нужно лишь давать беременной самке нужную пищу.

В 2000 году Рэнди Джёртл и Роберт Уотерленд посадили беременную мышь-агути на высококалорийную диету{91}, обогащенную веществами, которые относятся к категории доноров метильной группы. Метильная группа (—CH₃) представляет собой атом углерода, соединенный с тремя атомами водорода. В продуктах, где содержатся метильные доноры, эта группа может легко отделяться от молекул, к которым она принадлежит, и затем двигаться по организму. В конечном счете эти четыре атома прикрепляются к нашей ДНК, влияя на степень активности генов. Лук, свекла, соевое молоко являются сильными донорами метильной группы, как и рекомендуемые беременным пищевые добавки, содержащие фолиевую кислоту.

У беременной мыши желтый мех. У ее потомства — бурый. Почему? Потому что метильные группы из пищи, потребляемой будущей матерью, добрались до хромосом мышей-эмбрионов и отключили так называемый ген агути. А когда этот ген не действует, волосяные фолликулы дают бурый мех.

Такой характер метилирования обычно не передается следующему поколению. В гаметах (сперматозоидах и яйцеклетках) бурых мышей-агути метильные группы по большей части удалены. Если какие-то все же сохранятся, в следующем поколении, перед еще одним слиянием половых клеток, произойдет еще одна очистка хромосом от подобных довесков. Но некоторым метильным группам все-таки удается пережить обе попытки избавиться от них. Поэтому рацион беременной мыши-агути может повлиять даже на окраску шерсти ее внуков, причем это воздействие порой передается и последующим поколениям.

Это очень важная находка, поскольку данный ген агути влияет не только на окрас, но и на здоровье. Желтые мыши-агути склонны к полноте. Они очень прожорливы, и у них чаще развиваются онкологические заболевания и диабет, чем у их генетически идентичных бурых сородичей. То же самое касается матери и ее желтого детеныша — и, судя по всему, желтого детеныша этого детеныша. Подобное эпигенетическое наследование повышенной вероятности заболеваний, распространяющейся на несколько поколений, подводит к весьма интересному вопросу: могут ли эпигенетические изменения аналогичным образом влиять на человека?

Похоже, что да. Хотя вообще очень трудно доказать, что та или иная проблема вызвана эпигенетическим, а не простым генетическим изменением, есть некоторые факты, вроде бы указывающие на то, что эпигенетика способна стать межпоколенческим убийцей. Так, в 2007 году австралийская исследовательница Меган Хитчинс обнаружила случай наследственной передачи рака толстой и прямой кишки, явно отмеченный влиянием эпигенетики{92}. Одни из «генов, отвечающих за устранение несоответствия ДНК», подвергся метилированию и поэтому стал неактивным. Характер этого «заглушения» гена позволял предположить, что такую эпимутацию передал пациенту кто-то из родителей. А в 2003 году группа Карин Буйтинг, работающая в немецком Эссене, обнаружила, что «замолчавшие» гены, ответственные за появление синдрома Прадера — Вилли и синдрома Ангельмана, подверглись метилированию в поколении бабушек или дедушек пациента, а то и раньше. Но еще до всех этих изысканий Йеллапрагада Суббарао провел свою работу, изменившую жизнь очень многих.

Вы почти наверняка ничего раньше не слышали о Суббарао, и он наверняка был бы этому даже рад. Родился он в 1895 году на территории, которая сегодня входит в состав индийского штата Андхра-Прадеш. Его мать продавала свои украшения, чтобы оплатить образование сына. Суббарао расплатился с этим долгом, став врачом и ученым, открывшим лекарство от кохинхинской диареи — болезни, которая унесла жизни двух его братьев и чуть не убила его самого.

Причиной кохинхинской диареи является дисбаланс кишечных бактерий. Чаще всего она встречается в тропических регионах. Больные не могут как следует усваивать пищу и быстро чахнут. Лечение, действующее довольно прямолинейно, требует приема тетрациклиновых антибиотиков в сочетании с фолиевой кислотой и витамином B₁₂. Суббарао первым подарил нам два из этих компонентов: он сыграл важнейшую роль в открытии первого тетрациклинового антибиотика широкого спектра действия и стал первым, кто выделил фолиевую кислоту.

Биохимические таланты Суббарао необычайны. Мало того, что он разработал самый мощный из антибиотиков: он синтезировал и испытал аминоптерин, первый противораковый препарат. А еще он выяснил, что аденозинтрифосфат (АТФ) — топливо, которое используют почти все биологические системы. Казалось бы, вполне достаточно, чтобы таким ученым заинтересовался Нобелевский комитет. Однако Суббарао не проявлял особого интереса к наградам и почестям, он не умел зарабатывать деньги на своих медицинских открытиях: один специалист по патентному праву пренебрежительно называл его «плохим бизнесменом». У Суббарао явно были более серьезные цели. После того как в 1948 году он умер, коллеги обнародовали его предсмертную мечту: «Если Господь даст мне еще год-два, может быть, мы сумеем победить еще одну болезнь». Господь не пощадил его, но впоследствии плоды трудов Суббарао действительно показали, как исцелить еще один недуг. Прошло несколько десятилетий, и стало ясно, что выделенная им фолиевая кислота, вероятно, позволит справиться с дефектами нервной трубки у новорожденных.

При нормальном развитии нервная трубка окружает спинной и головной мозг. У эмбриона она появляется как бороздка, которая углубляется, а затем закрывается со всех сторон. Однако дефицит фолиевой кислоты может препятствовать такому закрытию, в результате чего оказываются обнажены некоторые нервы. Это приводит к развитию ряда заболеваний, самое известное среди которых — расщепление позвоночника. При самых серьезных дефектах нервной трубки мозг формируется неправильно, что приводит к настоящей трагедии — анэнцефалии (врожденному отсутствию головного мозга).

Как выясняется, фолиевая кислота дает метильную группу, которая связывается с ДНК эмбриона и обеспечивает нормальную передачу генетических инструкций, благодаря которым нервная трубка закрывается полностью. Наиболее убедительное доказательство удалось получить в рамках проекта по изучению витаминов, осуществленного под эгидой британского Совета по медицинским исследованиям{93}. Участники проекта (которых не раз упрекали в неэтичном подходе) изучали воздействие различных пищевых добавок на течение беременности двух тысяч женщин с повышенным риском рождения детей, обладающих дефектом нервной трубки. Проект запустили в июле 1983 года. К апрелю 1991 года его все-таки окончательно сочли неэтичным и остановили. Результаты оказались столь впечатляющими, что было бы попросту безнравственно позволить еще каким-то беременным обходиться без добавок, содержащих фолиевую кислоту. Как выяснилось, это вещество предотвращает от 70 до 80 % дефектов нервной трубки.

Несколько стран тут же решили воспользоваться этими результатами. Так, власти США, Канады и Омана распорядились добавлять фолиевую кислоту в муку, крупы и хлопья, чтобы у всех женщин, которые в принципе могли забеременеть, имелось в организме такое количество фолиевой кислоты, которое позволит им вырастить эмбрион со значительно более низкой вероятностью развития дефектов нервной трубки. Сегодня такую же политику проводят более 60 стран. К сожалению, в их число не входит Великобритания, хотя именно здесь проведены первые исследования на сей счет. Вот почему различные благотворительные организации страны и Национальная служба здравоохранения всячески поощряют ежедневный прием добавок, содержащих фолиевую кислоту, всеми женщинами, ведущими половую жизнь. Первые четыре недели беременности — определяющий период для развития головного и спинного мозга эмбриона. Если женщина забеременеет, нехватка фолиевой кислоты в ее организме может вызвать дефекты нервной трубки эмбриона еще до того, как она узнает о своей беременности.

Трудно поверить, что столь катастрофические последствия можно так легко предотвратить. Отсюда ясно, что мы не должны думать лишь о геноме: эпигенетические факторы также играют в нашей жизни очень важную роль. Почему эта научная революция так запоздала? Вините несправедливые нападки на одного француза по имени Жан Батист Ламарк.

Бедняга Ламарк. Сам Чарлз Дарвин именовал его «прославленным натуралистом»{94} и отмечал, что он «первым оказал нам неоценимую услугу, привлекши внимание к тому, что вероятность всех перемен в органическом и неорганическом мире является следствием закона, а не вмешательства чуда». Но хотя Ламарк выдвинул вполне разумную и респектабельную теорию биологической эволюции, никто при его жизни ее не признал. Когда после Великой французской революции место его работы (Королевский ботанический сад) нарекли Национальным музеем естествознания, Ламарк получил там самую презренную из профессорских должностей: его назначили руководить кафедрой, где занимались насекомыми, червями и микроскопическими животными. Он умер совершенно слепым, в полной нищете. Его похоронили на участке, арендованном в известняковом карьере, а позже эксгумировали и сбросили в парижские катакомбы. Сегодня никто не знает, где покоятся его останки.

Ламарк, как и Мендель, выделял два закона наследственности. Один из них — наследование приобретенных признаков. К примеру, болотная птица распрямляет ноги и пошире раздвигает пальцы ног, чтобы эффективнее добывать пищу. В конце концов это приведет к удлинению ног и появлению перепонок между пальцами ног, и эти черты передадутся потомству. Вероятно, самый известный пример — идея о том, что первые жирафы обладали короткими шеями. Новые и новые поколения жирафов изо всех сил тянули шею вверх, стремясь достать до листьев на высоких ветках, и передавали эту характерную вытянутую шею своему потомству, так что в конце концов все жирафы обзавелись длинной шеей. И наоборот, признаки, которыми редко пользуются, должны понемногу исчезать из генеалогических линий.

Все это звучит несколько абсурдно и смахивает на киплинговские «Сказки просто так» — истории о том, как леопард стал пятнистым и тому подобное. Но во времена, когда никто не мог объяснить, как же возникло такое разнообразие живых существ, эта гипотеза должна была показаться вполне разумной. Впрочем, едкие отзывы современников отчасти объяснялись тем, что Ламарк отрицал общепризнанную роль Бога как создателя природного разнообразия во всех его мельчайших подробностях. Во многих смыслах Ламарк являлся типичным биологом нового времени.

Второй закон Ламарка просто сводился к тому, что со временем организмы должны становиться все более сложными. Но эта идея эволюционного прогресса и направленной эволюции вызывала резкое отторжение у тех, кто пришел ему на смену. «Да сохранит меня небо от ламарковской чепухи насчет „склонности к прогрессу“»{95}, — писал Дарвин ботанику Джозефу Хукеру в 1844 году. Эти проклятия подхватили многие. Более века над идеей эволюционного прогресса и гипотезой о наследовании приобретенных признаков насмехались. Столь же часто ее разгневанно поносили. В большинстве научных центров такое отношение сохранилось до сих пор. Так что в Эдинбурге 1940-х годов Конраду Уоддингтону потребовалась немалая смелость, чтобы изложить результаты своих исследований страусов.

Между прочим, многие из моих генов можно обнаружить в Эдинбурге сороковых годов прошлого века. У меня есть фото дедушки, облаченного шотландским горцем (килт доходит до его черных коленей) и делающего вид, что он играет на волынке. Поход в фотоателье стал для него символическим жестом: как раз незадолго до этого он прибыл в Эдинбург из Гарлема и этот снимок отправил своей матери в Нью-Йорк как открытку, возвещающую, что он добрался благополучно.

Позже он стал изучать медицину в Эдинбургском университете (если верить слухам, одной из причин было его желание выпутаться из неприятной ситуации, связанной с чьей-то беременностью). А пока он слушал лекции на медицинском факультете, на той же улице понемногу складывалась новая область науки — эпигенетика.

Именно Уоддингтон, бучанановский профессор генетики[8], придумал это название. Основную часть своих ранних исследований Уоддингтон посвятил поиску механизмов, посредством которых эмбрион выстраивает план своего тела. В основе этого плана лежит развитие так называемой «первичной полоски», из которой в конце концов и формируется нервная трубка, та самая структура, чье правильное развитие, как мы уже видели, очень зависит от эпигенетических процессов.

Уоддингтон пришел к убеждению, что поиск генов ведется слишком упрощенно. Он представлял себе «эпигенетический ландшафт» — своего рода холмы и долины, воздействующие на генетические инструкции, тем самым заставляя ген порождать различные продукты в зависимости от «характера местности» в определенный момент развития организма.

Помимо этой образной схемы возможного влияния на гены Уоддингтон внес в науку лишь еще один по-настоящему значимый вклад. Его значимость особенно высока благодаря тому, что он реабилитировал (по крайней мере, частично) идею, которую так долго отвергали: гипотезу о том, что животные способны в течение своей жизни приобретать характеристики, которые затем передаются потомству. Главным примером этого явления стал для Уоддингтона страус.

Когда страус сидит, на его теле можно выделить две точки особенно плотного контакта с землей. На этих двух точках у страусов имеются мозоли — области голой твердой кожи, где не растут перья. Вполне разумно и логично предположить, что эти мозоли образуются в течение жизни страуса, немного увеличиваясь всякий раз, когда птица опускается на пыльную землю. Однако такие мозоли есть даже у едва вылупившегося страусенка, а значит, они формируются в процессе эмбрионального развития.

Как страус заполучил свои проплешины? Он с ними родился. Уоддингтон посчитал непрактичным проводить опыты на страусах, но он открыл сходные ламарковские признаки у дрозофил. Он научился разводить мушек таким образом, чтобы варьирование температуры во время окукливания изменяло рисунок вен на их крыльях. Выяснилось, что такое изменение сохраняется на протяжении поколений даже в отсутствие температурных перепадов. В определенных условиях шок или стресс меняет внешние черты мушки. Возможно, Ламарк выбрал неподходящие примеры для иллюстрации своей идеи, но идея французского ученого оказалась отчасти верна.

Гипотезу самого Уоддингтона приняли далеко не сразу. Несколько десятилетий исследователи пытались показать, что это все-таки генетическое изменение, а не (как заявил Уоддингтон в заглавии своей статьи) «наследование приобретенных признаков». Никому не хотелось, чтобы ламаркизм приобрел хоть какое-то правдоподобие — тем более благодаря работам такого уважаемого специалиста, как Уоддингтон.

Эта тенденция переломилась лишь в 2003 году, когда группа под руководством генетика Дугласа Рудена{96} из детройтского Университета Уэйна показала, что здесь можно достичь компромисса. Проведенные исследования позволили ученым предположить, что дрозофилы без перекрещивающихся вен на крыльях «передают потомству приобретенные характеристики, а это, несомненно, подтверждает идею Ламарка». Но коллектив Рудена снабдил это еретическое высказывание оговоркой: «Важно отметить, что эти характеристики все-таки возникают случайным образом с учетом потребностей организма, а это отвечает идее Дарвина».

Чтобы понять, как здесь работает фактор случайности, нужно вглядеться в ДНК и те белки, которые окружают ее в ядре клетки. Этот комплекс биологи назвали хроматином.

Одна нить ДНК может иметь длину от 1,5 до 8 см. Чтобы уместить ее в ядро клетки, нужно применить весьма хитроумные упаковочные приемы. Упаковкой занимаются белки под названием гистоны: они оборачивают вокруг себя ДНК. Каждый гистон принимает на себя пару витков и затем передает нить соседу. Когда оборачивание завершено, гистоны собираются в спираль. На этих белках очень много участков, к которым могут прикрепляться другие молекулы и группы. Метилирование — лишь одна из возможностей. Пристраивание к гистонам фосфатной или ацетильной группы (либо других белков) дает более 50 различных комбинаций, меняющих экспрессию определенных генов, то есть включающих их или отключающих, усиливающих или заглушающих инструкции, которые в них содержатся.

Конкретная форма, которую приобретают гистоны и связанные с ними молекулы, служащие эпигенетическими модификаторами, влияет на то, какие из генов оказываются доступными для воздействия молекулярной аппаратуры клетки. Ферменты, связывающиеся с ДНК, чтобы прочесть и выполнить генетические инструкции, в результате могут обнаружить, что число свободных участков доступа весьма ограниченно — из-за формы такого комплекса и наличия в нем молекул-модификаторов. Если уподобить биологию ресторану, ДНК в нем будет играть роль меню, а метильные группы, гистоны и связанные с ними молекулы — роль гостей, выбирающих блюда. Именно они определяют, какие блюда будут готовиться (ферментами), а какие останутся лишь потенциальной возможностью, строчкой в меню.

Продолжим эту аналогию: самые разные факторы влияют на то, какие едоки придут в данный ресторан. Мы уже видели, что один из этих факторов — особенности рациона. Фолиевая кислота — важнейший пищевой компонент, но есть и другие источники метильных групп: например, потребление большого количества сои означает, что в организме курсирует множество метильных групп. Еще один фактор — температура: известно, что более прохладная среда способствует эпигенетическим изменениям, вследствие которых дрозофилы приобретают более темную окраску. А ведь есть еще и два проклятия современной жизни — загрязнения и стресс. Современные эпигенетические исследования показывают, что эти факторы гораздо опаснее, чем можно было бы ожидать.

Когда Андреа Бакарелли, сотрудник Гарвардской школы общественного здравоохранения, вознамерился отыскать место, где загрязнение среды могло бы по-настоящему изменить эпигенетику, он решил, что Бостон для этого недостаточно характерен. Он отправился в Тайланд, а именно — в провинцию Районг, а точнее — в промышленный центр Мап Та Пхут, гигантский конгломерат сталелитейных и нефтеперерабатывающих предприятий. Там команда Бакарелли проанализировала состав крови 67 заводских рабочих и 65 местных жителей{97}, а затем сравнила эти данные с составом крови тайцев, живущих в сельской местности, вдали от химических и промышленных заводов. Результаты говорили сами за себя. Живущие и работающие в промышленном центре и рядом с ним имели гораздо более метилированную ДНК. Позже Бакарелли дополнительно обследовал металлургов и обнаружил, что метилирование ДНК в их крови (происходящее из-за наличия загрязнений в воздухе — особенно из-за мелких частиц) меняет характер свертывания крови. А исследование, проведенное группой Фрэнка Гиллиленда из Университета Южной Калифорнии, показало, что загрязнение воздуха вроде бы приводит к метилированию гена, отвечающего за выработку оксида азота (II){98}, вещества, которое, как известно, вносит вклад в развитие астмы и хрипов у детей.

А вот результаты, полученные в 2011 году в Институте Солка (Сан-Диего, Калифорния). Его сотрудники показали, что метильные группы способны оказывать влияние на тысячи генов нашего организма{99}. А значит, эпигенетические факторы по своему воздействию в сотни тысяч раз могущественнее спонтанных мутаций — единственного доступного живым существам источника изменчивости, если строго следовать Дарвину. По мнению Дарвина, такие мутации происходят случайным образом. Теперь мы знаем, что для эпигенетических изменений это не так: они происходят в «горячих точках» генома, которые обычно представляют собой участки, где эпигенетика существенно меняет производство белков в организме. Более того, эти изменения сохраняются надолго.

В Институте Солка показали на ряде примеров, что эпигенетические мутации держатся на протяжении как минимум 30 поколений. Это особенно тревожит, если обратиться к одному японскому исследованию, демонстрирующему, что химический или экологический стресс может заставить ДНК, находящуюся в хромосомах, развернуться. Такое развертывание обнажает гены для активации (или заглушения) близлежащими молекулами, и затем расплетенная ДНК передается следующему поколению. Если хромосомы, содержащие такую ДНК, окажутся в яйцеклетке или сперматозоиде, из поколения в поколение начнут передаваться колоссальные и потенциально опасные вариации. Поместите одно поколение в тяжелые условия — и вслед за ним будут страдать следующие поколения (даже если они уже не живут в таких условиях).

Такой прогноз подтверждает и работа, опубликованная в январе 2013 года. Группа кембриджских ученых показала, что, хотя традиционная биология полагает, будто сперматозоиды и яйцеклетки лишаются всех эпигенетических маркеров (в том числе метильных групп), примерно 1 % эпигенетических изменений остается — они спокойно переносят такой процесс очистки{100}. Звучит вполне разумно. Да, результаты исследований долгосрочного воздействия Голландской голодной зимы несколько противоречивы, однако никаких сомнений не вызывает серия экспериментов, проведенных в снежных пустынях северной Швеции.

Жизнь за Полярным кругом — это балансирование на лезвии ножа. Иногда в заснеженном Норрботтене, регионе на северной оконечности Швеции, люди срываются с этого лезвия. В XIX веке здесь несколько раз случался массовый голод из-за неурожая. Впрочем, выпадали и изобильные годы. Нам это известно благодаря тому, что шведы издавна прилежно вели хронику сельскохозяйственных достижений. Кроме того, они подробно записывают рождения, болезни и смерти, всякий раз детально излагая причину летального исхода. Соберите все это воедино, как сделал Ларс Олаф Бигрен, специалист по истории здравоохранения из стокгольмского Каролинского института, и в ваших руках окажется удобный инструмент, позволяющий проследить долгосрочное воздействие особенностей рациона, в том числе и воздействие недоедания.

Отправной точкой для Бигрена стала выборка из 99 человек, рожденных в 1905 году{101}. Он выявил их родителей и бабушек-дедушек, а затем отметил, сколько пищи могло иметься в их распоряжении в «тучные» и «тощие» годы. При прочих равных социоэкономических факторах шведский подросток на пороге половой зрелости, объедавшийся в хороший год, рисковал сократить ожидаемую продолжительность жизни своего внука на 32 года. Иными словами, наказание за прожорливость юного шведа выпадало даже на долю детей его детей.

Поначалу результаты, полученные Бигреном, сочли смехотворными. Они действительно могут вызвать улыбку, однако их подтверждают и другие исследования. К примеру, если мальчики начинают курить до 11-летнего возраста{102} (в котором их организм лишь начинает вырабатывать сперму), их сыновья будут уже к 9 годам значительно толще, чем сыновья тех, чьи отцы закурили в более поздние годы. Такое может происходить, лишь если вдыхание табачного дыма добавляет к их сперматозоидам некую эпигенетическую метку.

Сегодня мы уже далеко отошли от чистой, классической генетики. Любопытно: при этом мы, быть может, гораздо ближе подошли к первоначальным воззрениям Дарвина.

Возможно, мой дед и стал первым негром, надевшим шотландский килт, но он явно не стал первым чернокожим на улицах Эдинбурга. На протяжении столетий рабства освобожденные рабы нередко доживали свой век в крупных британских городах. Эдинбург в этом смысле особенно выделялся: многие плантаторы Вест-Индии были шотландцами, и при возвращении на родину они часто приводили с собой любимых слуг. Вот как получилось, что еще за сотню лет до прибытия моего деда в Эдинбург семнадцатилетний Чарлз Дарвин именно в этом городе проводил множество вечеров, обучаясь изготовлению птичьих чучел под руководством «мавра» по имени Джон Эдмонстон.

Эдмонстон, освобожденный гайанский раб, служил в университетском музее, получая каждый семестр по гинее за свои уроки таксидермии. Дарвин хотел изучать в Эдинбурге медицину, но у него не оказалось к ней способностей. На лекциях он скучал, а на практических занятиях его тошнило. Юному Дарвину гораздо больше нравилась таксидермия и общество Эдмонстона. Он охотно платил Эдмонстону по гинее в час и в течение двух месяцев каждый будний день посещал часовой урок. Они «очень сблизились», писал Дарвин позже. Эдмонстон показался ему «весьма приятным и умным человеком».

По мнению историков Адриана Десмонда и Джеймса Мура{103}, эти уроки стали первым звеном в цепочке событий, которые помогли Дарвину создать его «теорию эволюции путем естественного отбора». Лишь недавно, после публикации новых порций дарвиновской переписки, стало очевидно: готовя «Происхождение видов», Дарвин стремился искоренить всякую общественную поддержку рабства и угнетения.

Дарвин лицом к лицу столкнулся с реалиями работорговли во время своего пятилетнего путешествия на «Бигле». Корабль отплыл из Плимута вскоре после Рождества 1831 года. Британия запретила продажу и покупку рабов еще в 1807 году, и одной из задач корабля стало патрулирование южноамериканского побережья в поисках работорговцев. Таких хватало: Дарвин видел множество кораблей с грузом оков и клейм, готовых отплыть к африканским берегам. В его путевом дневнике, опубликованном в 1845 году, описаны встречи с этим «отвратительным зверством»{104}. Когда на его глазах шестилетнего мальчика-раба высекли хлыстом «за то, что он подал мне стакан воды, который оказался не совсем чист», Дарвин больше не мог сдерживаться и вступился за ребенка. Впрочем, обычно в таких случаях он чувствовал, что не в состоянии ничего изменить. Как-то раз, будучи в гостях, он видел, как некоего раба бьют каждый час. По его словам, «это могло бы сломить дух самого примитивного из животных». В его записях содержится и рассказ о том, как он, будучи в Бразилии, проходил мимо одного дома и «услыхал самые жалобные стоны и невольно заподозрил, что там терзают какого-то несчастного раба, но я понимал, что беспомощен, как дитя, и не могу даже протестовать».

Изучая происхождение животных и человека, Дарвин стремился подчеркнуть общечеловеческие сходства, показать, что все люди — братья. Он хотел продемонстрировать, что широчайшее многообразие организмов, которое мы наблюдаем в природе, может происходить из единого истока и человечество ничем в этом смысле не отличается. По словам Десмонда, записные книжки Дарвина показывают, как его мысль движется «от расового родства и братства к единению всех страдающих существ». В мае 1838 года Дарвин писал: «Неотвязно думаю о том, что между взаимосвязью всех ныне живущих людей и классификацией животных должна прослеживаться убедительная аналогия». Записные книжки гневно порицают работорговца, который «унижает свою натуру и нарушает всякие благие инстинктивные чувства, обращая в рабство своего черного собрата».

Эти мысли отнюдь не пользовались популярностью в тогдашнем обществе. Христианские церковные круги ненавидели саму идею изменчивости. Их Бог не стал бы создавать виды во всем их разнообразии и великолепии только для того, чтобы они в дальнейшем менялись, Он не сотворил бы ничтожного червя, дозволив ему пролагать собственный путь к тому, чтобы когда-нибудь стать павлином. Общественные группы, наживавшиеся на работорговле, тоже встретили дарвиновскую идею в штыки. Дегуманизация негров давала право относиться к рабам как к собственности: подобно животным, их можно было безжалостно эксплуатировать, а когда они погибали от жестокого обращения, спокойно заменять новыми. Мысль о том, что рабовладельцы и негры имеют общих предков, ставила под сомнение такое положение дел. Десмонд и Мур показывают в своей замечательной книге «Священная война Дарвина», как он упорно вел научную кампанию, кропотливо собирая доказательства в пользу того, что у европейских и африканских мужчин и женщин общие предки, и выбивая почву из-под ног у тех, кто защищал рабство, утверждая, будто оно «естественно». «Происхождение видов» вышло в 1859 году. Соединенные Штаты отменили рабство в 1865 году. Но несмотря на все усилия Дарвина, печальное наследие рабства до сих пор с нами, что и показывают эпигенетические исследования, например Кузавы и Свит.

Новорожденные афроамериканцы всегда имели значительно меньший вес по сравнению с новорожденными американцами европейского происхождения. И дело тут не в бедности: у белых женщин с низким доходом рождаются дети, которые в среднем на 200 г тяжелее младенцев, появляющихся на свет у чернокожих женщин с аналогичным доходом{105}. И даже в тех случаях, когда черные женщины обладали (по сравнению с белыми) более высоким уровнем образования, меньше курили, больше весили, находились в более благоприятных жилищных условиях и отличались более здоровым психологическим профилем, их новорожденные дети все равно весили гораздо меньше. Что-то явно передается по материнской линии: у детей от смешанных браков наличие черного отца дает больший вес при рождении, чем наличие черной матери.

Так обстоит дело — начиная практически с отмены рабства, а то и с более давних времен. Специалисты из американского Университета Джонса Хопкинса проанализировали больничные архивы с 1897 по 1935 год{106}. Попавшие в эту выборку черные матери производили на свет детей, которые оказывались в среднем на 7 % легче младенцев, рожденных белыми женщинами из той же выборки. В 1988 году разница практически не изменилась: она составила 8,6 %. Для чернокожих женщин увеличение веса новорожденных не связано с выходом из нищеты. Опубликованные в 2006 году в American Journal of Public Health данные межпоколенческого анализа веса новорожденных{107} показывают: для белых женщин гораздо меньше (по сравнению с черными) вероятность того, что после увеличения семейного дохода они произведут на свет «легкого» ребенка. Для черных женщин рост семейного дохода практически не сказывается на весе новорожденных.

Ученые наблюдали это стойкое неравенство на протяжении десятилетий и проверяли воздействие всех факторов, какие только приходили в голову. Но объяснить этот феномен никак не удавалось. Авторы масштабного исследования 18 тысяч младенцев, проведенного в 1967 году и охватившего всю территорию США{108}, пришли к выводу, что раса «в своем воздействии на вес новорожденных ведет себя как реальный биологический параметр. Это воздействие расы, вероятно, носит генетический характер».

Нет, не генетический: предположения оказалось ошибочным. Мы можем с уверенностью это утверждать, потому что в 1997 году два чикагских врача сопоставили вес более чем 90 тысяч младенцев{109}, которые появились у белых женщин, рожденных в США, у чернокожих женщин, рожденных в Африке, и у афроамериканок. Три четверти генетических черт афроамериканского населения США — такие же, как у рожденных в Африке. Оставшаяся четверть — это главным образом европейская генетика. Тем не менее у белых американок европейского происхождения и у чернокожих женщин, родившихся в Африке, вес младенцев практически одинаков, тогда как у афроамериканок (потомков рабов, когда-то вывезенных из Западной Африки) младенцы в среднем примерно на 250 г легче, нежели у уроженок Африки. Если дело не в генетике, значит, речь идет о каком-то долгосрочном влиянии среды. Кузава и Свит заявляют: давно пора перестать с таким нездоровым интересом относиться к генетике, давно пора начать обращать внимание на «более прочное и долгосрочное влияние, которое среда оказывает на биологию и состояние здоровья, когда такое воздействие производится на ранних стадиях жизненного цикла».

А начав обращать внимание на эпигенетику, мы сможем приступить к сглаживанию того воздействия, которое эпигенетика оказывает на угнетенных, на бедных, на живущих в загрязненной среде, на тех, чей рацион негативно влияет на их детей, внуков и многие дальнейшие поколения. Вооружившись новым пониманием, мы способны разорвать порочный круг, который десятилетиями, а иногда и столетиями калечит жизни людей. Похоже, эпигенетика может стать той областью науки, которая доведет до конца мечты Дарвина о более совершенном и более справедливом мире.

Задним числом кажется почти очевидным, что рацион и экологические факторы могут оказывать столь сильное влияние на сложнейшие молекулярные механизмы и так радикально воздействовать на наше здоровье. То же самое можно сказать и о следующей теме — роли пола в лечении болезней. Может, мужчины и женщины родом не с разных планет, однако по своему устройству мы очень отличаемся друг от друга.

В 1989 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) порекомендовала применять концентрированную вакцину против кори в странах с самой высокой смертностью от этой опасной болезни. Тогда казалось, что это хорошая мысль.

Вообще история вакцинации очень впечатляет. Вакцины спасают миллионы жизней по всему миру. Вакцинация, использование ослабленного вируса (или части вируса) для тренировки нашего организма, творит чудеса: такая подготовка позволяет нам в случае чего противостоять полномасштабной инфекции. Это простое, но блистательное изобретение сыграло огромную роль в истории человечества. Сегодня вакцинация — настолько рутинная процедура, что мы воспринимаем ее преимущества как нечто само собой разумеющееся. Почти никто из жителей западных стран не помнит, каково это — привычно ожидать, чтобы та или иная детская болезнь унесла жизнь как минимум одного из наших детей, братьев или сестер еще до того, как им исполнится десять лет.

И все равно прививки — вещь загадочная. К примеру, точно установить дозу вакцины и время, когда ее необходимо применить, не так-то просто. В ходе клинических испытаний увеличение дозы вакцины от 10 тысяч до 40 тысяч вирусных частиц увеличивало долю детей с развившимся иммунитетом к кори с 73 до 100 %{110}. Вот почему в 1989 году ВОЗ рекомендовала странам, где корь по-прежнему является опасной проблемой, использовать дозы, содержащие по 100 тысяч вирусных частиц.

В течение нескольких месяцев после того, как начали применять концентрированную вакцину, все вроде бы шло по плану. Но затем участились сообщения (с Гаити, из Сенегала, Гамбии и Гвинеи-Бисау), которые свидетельствовали: похоже, возникли серьезные сложности{111}.

Как выяснилось, в группах, получивших дозу новой — концентрированной — вакцины, умирало на 33 % больше девочек, чем мальчиков. Нет, они не умирали непосредственно от прививки. Их губили обычные для детей развивающихся стран болезни: к примеру, диарея, сепсис, разного рода инфекции. Но девочки стали умирать чаще мальчиков, и с этим нужно было что-то делать. В феврале 1991 года в женевскую штаб-квартиру ВОЗ пригласили международную группу экспертов. Им показали результаты исследований. Эксперты заявили: невероятно, чтобы такое происходило из-за вакцины. Однако в 1992 году ВОЗ отозвала свою рекомендацию, и концентрированную вакцину применять перестали.

Никто не вправе обвинять специалистов, привлеченных к этой работе, в высокомерном или небрежном отношении к ущербу, нанесенному за столь короткое время: раскаяние буквально переполняет отчет Нила Хэлси о его участи в этой истории{112}. Хэлси — директор Института безопасности вакцин при Школе общественного здравоохранения Джона Хопкинса — Блумберга, чрезвычайно уважаемый медик-исследователь, неутомимо выступающий за повышение безопасности прививок. «Оглядываясь назад, — говорит он, — можно заключить, что и я, и другие специалисты, разбиравшие это дело, слишком легко дали себя убедить в безвредности концентрированной вакцины». Его взгляд в прошлое, опубликованный в 1993 году в Pediatric Infectious Disease Journal, очень трогателен: по его словам, и он, и его коллеги всеми силами пытались минимизировать вред, нанесенный вакциной. Они не могли вывести ее из детского организма, но добились того, чтобы девочки, которых эта прививка поставила в рискованное положение, получали дополнительное питание и облегченный доступ к медицинским услугам.

В то время, отмечает Хэлси, ни у него, ни у его коллег не было никаких оснований подозревать, что вакцина, сделанная на основе ослабленной формы вируса кори, окажется полезной для мальчиков и при этом вредной для девочек. С тех пор прошло больше 20 лет, но мы по-прежнему лишь начинаем проникать в секреты терапии, основанной на факторе пола.

На первый взгляд идея гендерной медицины кажется довольно очевидной. Всем известно, что мужчины и женщины отличаются друг от друга: это одна из первых истин, которые мы усваиваем в детстве. Существуют явные внешние различия, которые сопряжены с внутренними. Отсюда следуют простые и понятные выводы: к примеру, у женщин есть шейка матки, а значит, они уязвимы для рака шейки матки. В свою очередь, у мужчин имеется предстательная железа, а значит, они могут страдать от рака простаты. Вероятно, мало кто удивится, что практически все случаи рака груди проявляются у женщин: они — почти монопольные владелицы специализированных клеток, из которых состоит ткань женской груди. Но здесь встречаются и неожиданности.

Например, и у мужчин, и у женщин есть сердце, но инфаркт у них происходит совершенно по-разному. И у тех и у других есть печень, однако первичный билиарный цирроз бывает главным образом у женщин. То же самое касается и гепатита С. Более того, у мужчин и женщин по-разному проявляет себя рак толстой кишки. Этот список можно продолжить. Однако медицина, если не брать в расчет очевидных физиологических различий, лечит мужчин и женщин практически одинаково. Но этот старомодный образ мысли постепенно отходит в прошлое: гендерная медицина, эта новая сфера науки о здоровье, начинает завоевывать свои позиции. Как гласит редакционная статья в одном из номеров Nature за 2010 год{113}, медицина «наконец-то стала включать гендерный фактор в повестку дня».

Для этого ей пришлось проделать долгий путь. Одна из самых первых достоверных статей, касающихся половых различий применительно к здоровью, вышла еще в 1959 году{114}. В ней рассказывается, как два немецких исследователя из Вюрцбургского университета изучили истории болезни примерно 10 тысяч пациентов и пришли к выводу, что общая сопротивляемость заболеваниям у мужчин, по-видимому, ниже, чем у женщин. Иногда, отмечают они, более 90 % заболевших тем или иным недугом принадлежат к одному полу. Между прочим, в New Scientist вскоре появился отзыв об этой статье{115}: подчеркивалось, что учет половых различий при заболеваемости мог бы дать ключ к отысканию принципиально новых методов лечения.

Но вклад немецких исследователей в работу над этой проблемой быстро забыли. Обычно в литературе история данного вопроса начинается с открытия, которое сделали в 1965 году американцы Томас Уошберн и его коллеги{116} по Медицинской школе Университета Джонса Хопкинса. Они изучили обширный массив историй болезни (начиная с 1930 года) и обнаружили «значительный мужской перевес во всех данных». Они сделали вывод, что мужской организм больше подвержен болезням.

Немалое достоинство этого исследования в том, что оно охватывает и период, когда началось применение антибиотиков. Медикаменты, убивающие бактерий, существенно снизили общую смертность от инфекционных заболеваний, но изменили и половые соотношения: бактериальные инфекции грамотрицательного типа, оказавшиеся устойчивыми к воздействию антибиотиков первого поколения, больше заражали мужчин, чем женщин.

Американские исследователи, в отличие от немецких, тут же стали искать причины явления. Уошберн заключил, что наличие двух X-хромосом — отличная вещь, когда вы сражаетесь с инфекцией. Именно X-хромосома заставляет организм вырабатывать иммуноглобулины — антитела, которые борются с заболеванием. Две чуть-чуть отличающиеся друг от друга X-хромосомы, возможно, порождают два чуть-чуть отличающихся типа иммуноглобулина, рассуждали ученые из Университета Джонса Хопкинса. А значит, в результате женский организм приобретает более обширный и потенциально более разнообразный арсенал средств для битвы с инфекцией. А бедные мужчины с их единственной X-хромосомой (и единственной Y-хромосомой) в таком случае явно окажутся в проигрыше.

Эта работа явно сдвинула дело с мертвой точки: в последующие несколько лет вышло несметное множество статей, отмечавших половые различия в иммунном профиле. Два года спустя одна исследовательская группа сообщила, что у женщин действительно выше уровень иммуноглобулина M{117} — антитела, вырабатываемого в селезенке и патрулирующего кровеносную систему в поисках чужеродных организмов, для обезвреживания которых оно предназначено. Прошло еще два года, и команда ученых из лондонской Королевской бесплатной больницы вырвалась вперед{118}: она обнаружила, что у женщин с тремя X-хромосомами (такой особенностью отличается примерно каждая тысячная женщина) дела обстоят еще лучше. К появлению трех Х-хромосом приводит небольшое отклонение генетических процессов от нормы уже после зачатия. У таких женщин даже больше иммуноглобулина М, чем у обладательниц всего-навсего двух Х-хромосом. Трисомия по Х-хромосоме (так это называется) ассоциируется с целым спектром неприятных проблем{119}, многие из которых проявляются уже на ранних этапах жизни (в виде трудностей при школьном обучении), но она и в самом деле очень подхлестывает иммунную систему.

В своем исследовании специалисты из Университета Джонса Хопкинса отмечали, что гендерное неравноправие по части заболеваний «особенно сильно выражено в младенческом возрасте». Проще говоря, чем младше пациент, поступивший в больницу, тем выше вероятность, что он мужского пола. Дело в том, что иммунная система юного организма еще только учится защищать организм от атак, и девочки здесь явно имеют преимущество на старте (ибо у них две X-хромосомы).

Отсюда так и хочется сделать вывод: быть девочкой выгодно с медицинской точки зрения. Но это верно лишь вначале: ближе к концу жизни положение женщин вовсе не выглядит таким радужным. Так, в 1990-е годы появились данные, согласно которым для женщин, у которых случился инфаркт в 55 лет или раньше, вероятность летального исхода вдвое выше, чем для мужчин в таком же положении.

Попросите кого угодно (мужчину или женщину) симулировать сердечный приступ, и почти все схватятся за грудь, пожалуются на дыхание и свалятся на пол. Однако у женщин инфаркт миокарда отнюдь не всегда происходит так. В подобных случаях (реальных) они часто хватаются за живот и жалуются, что их мутит. Боль в нижней части живота в сочетании с тошнотой — распространенные симптомы женского инфаркта; иногда к ним добавляются боль в нижней челюсти, шее или спине. К сожалению, мало кто из врачей об этом осведомлен. Вот почему женщинам, которые сообщают о таких симптомах, обычно не делают ЭКГ или ан-гиограмму, которые сделали бы мужчине, испытывающему боли в груди. И даже если пациентка проходит нужные обследования, все равно следует иметь в виду, что у некоторых диагностических инструментов чувствительность к женским заболеваниям коронарных артерий ниже, чем к мужским.

Если вы женщина старше 65 лет, то вы, скорее всего, умрете от коронарной сердечной болезни. А для женщины, у которой случился инфаркт и которую госпитализировали, вероятность летального исхода выше, чем для мужчины в аналогичном положении. И вероятность того, что через полгода после сердечного приступа она еще будет жива, для нее меньше, чем для мужчины-ровесника. Почему? Во многом из-за того, что сегодняшние врачи во всем мире обращают непропорционально большое внимание на патологию и лечение мужских сердечных недугов.

Несмотря на то что в общей численности населения доля женщин превышает половину, несмотря на то что для женщин вероятность умереть от сердечно-сосудистых заболеваний выше, чем для мужчин, подавляющее большинство участников испытаний сердечно-сосудистых препаратов — мужчины. Так, в 2004 году это соотношение между мужчинами и женщинами превышало 3: 1{120}. «Клинические испытания, касающиеся профилактики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний, проводятся либо исключительно среди мужчин, либо в выборках с очень низкой долей женщин, — замечает Джованелла Баджио. — Мало того, по сравнению с мужчинами женщины реже проходят кардиомониторинг, оценку уровня ферментов, восстановление в отделении коронарной терапии, коронарную ангиографию и замену кровеносных сосудов».

Баджио составила устрашающий перечень недугов{121}, представляющих особую опасность для женщин из-за того, что никто не обращает особого внимания на гендерный аспект медицины. Но перед тем, как мы подробнее рассмотрим, почему же мужчины и женщины болеют так по-разному, имеет смысл коснуться проблемы этой возмутительной предвзятости. В чем причины нашего невежества? В золотом стандарте медицины — клинических испытаниях.

В 1993 году Национальные институты здравоохранения США признали: у них проблемы с сильнодействующими веществами. Нет, не в том смысле. Дело в том, что женщин и представителей этнических меньшинств обычно не привлекали к испытаниям новых лекарств: в большинстве таких исследований сообщалось лишь, как препараты действуют на белых мужчин. С 1994 года Национальные институты здравоохранения изменили основополагающие правила проведения таких экспериментов: отныне во всех клинических испытаниях должны были участвовать и женщины, и этнические меньшинства. Но и к 2010 году проблема никуда не делась. В язвительном комментарии{122}, опубликованном в Nature, команда ученых из Северо-Западного университета указывала, что женщины «по-прежнему недостаточно представлены в медицинских исследованиях». Женщины составляли только четверть всех испытуемых при проверке новых лекарств. И лишь 13 % работ принимало во внимание фактор пола, анализируя результаты таких тестов. При проверке новых сердечно-сосудистых препаратов женщины по-прежнему не были представлены в тех пропорциях, которые отражали бы гендерное соотношение, касающееся распространенности сердечно-сосудистых недугов среди населения страны.

Из-за того, что женщин недостаточно привлекают к клиническим испытаниям новых лекарств, для их организма более вероятна (по сравнению с мужским) негативная реакция на тот или иной лицензированный препарат. Из каждых десяти случаев негативной реакции шесть — женские. Такое ощущение, что реальные клинические испытания на женщинах начинаются, лишь когда медикаменты официально поступают в продажу и врачам разрешают их выписывать. В результате женское здравоохранение оказывается обделенным. «Медицинские средства, которые сейчас применяют к женщинам, в меньшей степени основаны на доказательной проверке, чем те, при помощи которых лечат мужчин», — пишет Nature. А Эрика Чек Хэйден выражается более афористично{123}: «Типичный пациент с хроническими болями — 55-летняя женщина. Типичный экспериментальный объект с хроническими болями — 8-недельная мышь мужского пола». Любопытное наблюдение. Особенно если обратиться к проведенным Джудит Уокер экспериментам с болеутоляющими препаратами.

Уокер наверняка очень милая женщина, но она не останавливается перед тем, чтобы причинить другим боль ради благой цели. Так, в 1998 году она вовсю применяла электрошок ради того, чтобы открыть шокирующую правду об ибупрофене.

Набрав 20 добровольцев, вместе со своим коллегой Джоном Кармоди она стала проверять болевой порог испытуемых, подсоединяя им электроды к мочкам ушей и затем давая ток. Постепенно увеличивая силу тока и прося участников эксперимента оценивать интенсивность болевых ощущений по специальной шкале, парочка обнаружила, что существенных гендерных различий в восприятии боли не наблюдается. Затем Уокер одним дала плацебо, а другим — ибупрофен. И снова включила электричество.

На сей раз картина получилась иной. Отсеяв влияние эффекта плацебо, Уокер и Кармоди выяснили, что ибупрофен снижает болевые ощущения у мужчин, но не у женщин{124}. «Это настоящий парадокс, — отмечали они, — ведь многие болезненные состояния, при которых применяются нестероидные противовоспалительные препараты, чаще встречаются именно у женщин (например, ревматоидный артрит)».

Исследования продолжаются. Хотя Уокер и Кармоди уже оба на пенсии, Кармоди по-прежнему пытается выявить первопричину таких явлений. С 1998 года наше понимание эффекта плацебо значительно углубилось, так что (полагает он), быть может, именно использование плацебо искажало результаты подобных опытов. К примеру, теперь нам известно, что само ожидание болеутоляющего действует как дополнительный анальгетик. Поэтому Кармоди провел опыт, где это явление должно было учитываться{125}. В 2012 году он опубликовал результаты в The Europian Journal of Pain. Как выяснилось, эффект плацебо здесь действительно играл некоторую роль. Но лишь для мужчин. Кое-кто из испытуемых мужского пола обнаружил, что таблетки плацебо значительно облегчают боль — как и ибупрофен. С женщинами вышло иначе. Кармоди рассказывает: «В ходе исследования мы выяснили, что для женщин доза ибупрофена в 800 мг неэффективна как анальгетик вне зависимости от их ожиданий».

Эти данные, надо сказать, удивили многих исследователей. Широкий спектр последующих испытаний показал, что доза в 400 мг ибупрофена эффективна как для мужчин, так и для женщин{126}. Может быть, дело в различии между видами боли? В ходе этих испытаний исследовали применение болеутоляющих для снятия остаточных негативных ощущений после операций — стоматологических, ортопедических, полостных, гинекологических. Может быть, электрошок — нечто совсем другое? Впрочем, когда речь идет о боли, гендерные различия вовсе не ограничиваются одним лишь ибупрофеном.

К примеру, анестезиологи начинают признавать, что анестетики, используемые при общем наркозе, воздействуют на мужчин и женщин по-разному{127}: реакция пациента на применяемые вещества во многом зависит от пола. Стоит лишь пожалеть бедных испытуемых-мужчин, на которых проверяли действие болеутоляющих препаратов после удаления зубов мудрости: когда им давали каппа-опиоиды, их страдания оставались почти невыносимыми, тогда как для женщин эти соединения оказались довольно эффективными{128}.

Гендерные различия в болевых ощущениях, о которых сообщают пациенты, поразительны. Получается, что для женщин субъективная острота этих ощущений выше, чем для мужчин, при одних и тех же недомоганиях, будь то болезнь или просто травма мягкой ткани. Неудивительно поэтому, что при свободном доступе к анальгетикам женщины используют больше этих препаратов, чем мужчины — примерно в 2,4 раза больше, даже если сделать поправку на массу тела. Но вас, возможно, удивит другой факт: когда испытуемых просили отметить минимальный уровень раздражителя, вызывающего боль, женщины показали более низкий болевой порог, чем мужчины. Ниже и их болевая устойчивость (определяемая тем периодом времени, в течение которого испытуемый способен переносить воздействие болевого стимула). Это противоречит распространенному заблуждению: согласно данным одного опроса, 66 % женщин считают, что представительницы их пола лучше переносят боль, чем мужчины.

И это не просто любопытные наблюдения. Такая разница действительно имеет огромное значение, поскольку для женщин, находящихся в больнице, гораздо выше (по сравнению с мужчинами) вероятность получения неадекватных болеутоляющих средств. В классической работе{129} «Девочка, которая кричала „больно“. Предвзятость против женщин в противоболевой терапии» нам сообщают: оказывается, сама система здравоохранения сложилась явно не в пользу женщин. Авторы исследования, Диана Хоффман и Анита Тарзьян, изучили массу литературы и обнаружили, что (в пересчете на вес пациента) медсестры дают женщинам меньше анальгетиков, чем мужчинам. То же самое касается болеутоляющих средств, которые выписывают врачи. Если пациентка испытывает хронические боли, выше (чем для пациента-мужчины в аналогичной ситуации) вероятность того, что врачи спишут это на излишнюю эмоциональность и стремление привлечь к себе внимание. Вот почему в тех случаях, когда женщины жалуются на боль, им скорее дадут успокаивающее (а мужчине скорее дадут анальгетик).

Физиологические различия между полами указывают на то, что женщина справляется с болью гораздо хуже: это открытие заставляет некоторых исследователей задаться вопросом, почему же наблюдаемые гендерные отличия по части субъективного переживания боли все-таки сравнительно невелики. Анита Анра из Университета Далхаузи отмечает{130}: «Раньше вопрос стоял так: „Почему женщины и мужчины испытывают боль по-разному?“ Теперь же он ставится так: „Каким образом женщины нивелируют влияние колоссальных гендерных различий в физиологических болевых механизмах, так что в результате субъективное переживание боли у них лишь незначительно отличается от мужского?“»

Общекультурные факторы здесь не помогают. Так, медсестер готовят к тому, что у пациентов с уровнем боли от среднего до высокого могут быть повышены показатели жизненно важных функций (или же на лице может быть написан явный дискомфорт). Хоффман и Тарзьян подчеркивают, что традиционное воспитание, которое учит женщин всегда оставаться внешне привлекательными, в таких случаях работает против пациенток. Авторы заключают: «Здесь коварно соединяются сосредоточенность медицины на объективных факторах и ее же культурные стереотипы, касающиеся женщин. В результате для женщины повышается риск получения неадекватных анальгетиков, а значит, риск того, что при таком лечении она будет продолжать испытывать страдания».

Боль вообще непросто измерить. Это вещь субъективная, к тому же мужчины и женщины ее переносят по-разному. Сканирование мозга (например, томографическими методами) показывает, что мужчины и женщины, подвергнутые болевым импульсам одинаковой интенсивности, имеют разную картину мозгового кровообращения. У женщин при этом более активны участки мозга, связанные с эмоциями и вниманием{131}: субъективный уровень боли, похоже, зависит от того, сколько внимания на нее обращают. У мужчин свои особенности: если в помещении находится привлекательная особа женского пола, они показывают гораздо более высокий болевой порог и сообщают о более низком уровне субъективных болевых ощущений. А вот на женщин присутствие привлекательного мужчины не действует аналогичным образом.

Так или иначе, мы вынуждены признать, что гендерное неравенство болеутоляющей медицины начинается уже с наших лабораторных штудий. В нейробиологических опытах на животных используется впятеро больше самцов, чем самок. Слухи о непригодности самок для медицинских испытаний берут начало еще в 1923 году, когда Г. Ван измерял уровень активности белых крыс-самок, сопоставляя его с данными анализа вагинальных мазков. Он пришел к выводу, что на определенных этапах своего эстрального цикла крыса более подвижна и ведет себя более беспокойно{132}.

Мы знаем, что гормоны, вырабатываемые яичниками, действительно могут оказывать влияние на симптомы, которые женщина чувствует при недомоганиях. Так, анестезиологи вынуждены приспосабливать состав применяемых смесей к той точке менструального цикла, в которой находится пациентка. Однако многочисленные исследования показывают, что гормональные вариации совсем не так сильно влияют на результаты экспериментов, как это представляют себе слышавшие об опытах Вана. Да и вообще женщины, независимо от своего гормонального состояния и даже от того, беременны они или нет, просто нуждаются в действенных медикаментах. Пока же они часто принимают препараты, которые, по сути, не проверены на существах, аналогичных пациентке по химическим особенностям.

Стоит напомнить, что от медицинского гендерного неравенства страдают и мужчины. Например, не так-то легко приходится мужчинам, если у них остеопороз{133}: система здравоохранения их, как правило, попросту не замечает. «Доля мужчин с остеопорозом, получающих лечение, не достигает и 1 %», — говорит Баджио. Остеопороз считается в основном женским заболеванием. И даже если его диагностируют у мужчин (скажем, после перелома шейки бедра), здесь возникают свои проблемы. 10 % мужчин, попавших в больницу после такого перелома, умирают: это вдвое выше, чем для женщин в подобной ситуации. По прошествии года после такой травмы смертность среди мужчин составляет 30–48 %, тогда как для женщин — от 18 до 25 %.

Одним из решений проблемы могут стать препараты, предотвращающие образование трещин и переломов и действительно эффективные для мужчин. Однако многие лекарства от остеопороза тестируют лишь на женщинах. Например, бисфосфонаты предназначены для профилактики переломов шейки бедра. Данные клинических испытаний, приведенные в литературе, показывают, что эти вещества на 32 % сокращают количество таких травм. Это может показаться хорошей новостью для мужчин, которые составляют более трети жертв возрастных переломов. Однако выясняется, что испытания бисфосфонатных препаратов проводились на женщинах 65–80 лет{134}, так что мы толком не знаем, как эти лекарства действуют на мужчин. Не исключено, что биохимическое воздействие бисфосфонатов на мужской организм приведет к снижению прочности костей. Правда, это маловероятно: проводились кое-какие исследования веществ этого класса, показавшие, что они действительно в некоторой степени снижают количество возрастных переломов у мужчин. Но таких исследований слишком мало. Чтобы получить сколько-нибудь определенные сведения, нужно провести новые целенаправленные изыскания, а это требует немалого времени и немалых денег.

Коронарные и онкологические заболевания, а также болезни печени проходят у мужчин и женщин очень по-разному, но наиболее интригующими и печальными гендерными различиями, связанными с медициной, остаются те, которые влияют на самое начало жизни. Как правило, женский организм сильнее реагирует на инфекционные агенты, а значит, лучше сопротивляется инфекциям. И хотя одни смертоносные заболевания не разбирают пола, другие (скажем, сепсис — общее заражение крови) явно более пристрастны и уничтожают гораздо больше мальчиков, чем девочек. Серьезные врожденные дефекты наблюдаются у 3,9 % мальчиков и лишь у 2,8 % девочек. Выделяют 9 основных категорий врожденных дефектов, и лишь в случае дефектов нервной системы положение у девочек хуже, чем у мальчиков{135}. Кроме того, похоже, что у мальчиков хуже обстоит дело с заразными болезнями: это объясняют менее эффективной иммунной системой мужского организма.

При этом по части большинства незаразных болезней, таких как астма и другие аутоиммунные заболевания (при которых иммунная система организма вредит себе, давая слишком острую реакцию), у девочек ситуация гораздо, гораздо хуже, чем у мальчиков. Никто до конца не понимает, отчего это так. Вот почему мы должны всячески развивать гендерную медицину, так отчаянно бросающую вызов сегодняшнему здравоохранению. Впрочем, уже сейчас появились кое-какие проблески решения проблемы: как выясняется, до последнего времени мы, возможно, совершенно неправильно представляли себе, как работает наша иммунная система. Чтобы разобраться в этой истории, нужно отправиться в 1976 год, когда один молодой датский антрополог пытался попасть в маленькую западноафриканскую страну под названием Гвинея-Бисау.

Итак, 1976 год. Гвинея-Бисау лишь недавно добилась независимости от Португалии, победив в ожесточенной 16-летней войне, где на одной стороне были самолеты-истребители с напалмом, а на другой — отчаянная решимость угнетенного, обнищавшего народа. Неудивительно, что триумфаторы-гвинейцы не очень-то хотели пускать Питера Ааби на свою только что освобожденную землю: а вдруг он агент западных спецслужб?

Ааби хотел провести здесь 6 недель и изучить местные племена, чтобы понять, что же побуждало каждое из них воевать с португальцами. В период колониального владычества одни племена занимали привилегированное положение, тогда как в других люди были низведены практически до рабского состояния. Но каким-то образом Амилкар Кабрал, лидер революционеров, сумел объединить их все. По мнению Ааби, мотивации этих племен могли бы стать очень увлекательной темой для исследования.

Но его планам не суждено было осуществиться: Ааби так и не получил официального разрешения на антропологические исследования в Гвинее-Бисау. Однако ему все-таки удалось попасть в страну — единственный способ, который он смог найти, был такой: он приедет туда в качестве скромного врача-исследователя, сотрудничающего со шведской благотворительной организацией, которая занимается проблемой детской смертности. Группе Ааби поручили найти объяснение невероятно высокого уровня детской смертности в стране. В тот период каждый второй ребенок в Гвинее-Бисау умирал, не дожив до шестилетнего возраста. Предполагалось, что причина этого — недоедание. Перед учеными поставили задачу просто оценить масштабы проблемы.

Ааби, установив для себя принцип, которого с тех пор стал придерживаться, решил не доверять устоявшемуся мнению. Его команда обследовала 1200 детей младше 6 лет и обнаружила, что всего двое из них недоедали, и то лишь из-за того, что у них умерла мать. Как выяснилось, в Гвинее-Бисау хватает еды. А вот с жильем ситуация куда хуже.

В среднем гвинейском доме тогда обитали три семьи, причем суммарное количество детей в них составляло 18. Любая заразная болезнь распространялась среди жильцов такого дома стремительно, как лесной пожар. Во время эпидемии кори 1976 года более 20 % зараженных детей погибли от этой болезни: чудовищный уровень смертности.

Исследователи установили, что характер распространения инфекции был достаточно прост{136}. Ребенок, первым подхвативший заразу и принесший ее в дом, обычно выживал. А вот другие жители дома переносили болезнь гораздо тяжелее. Их сбивал с ног внезапный натиск разбушевавшейся инфекции, которая быстро передавалась от человека к человеку и ужасающе тяжким бременем ложилась на иммунную систему каждого. Между недоеданием и смертью от кори никакой связи не выявили: как выяснилось, все зависит от интенсивности инфекции{137}. Ааби и его коллеги опровергли распространенное заблуждение. Потому-то, замечает он, их всех и уволили: нанимателям хотелось получить совсем другой ответ.

Но это не остановило Ааби, и он снова погрузился в научную литературу и архивы. И обнаружил сходное явление в 1885 году{138}. Как выяснилось, в Дании и Германии тоже происходило подобное во время эпидемий. Теперь считается общепризнанным, что особенности жилья и скученность больных — в числе главных факторов, из-за которых эпидемии оказываются столь опустошительными.

С тех пор прошло четыре десятка лет, а Ааби по-прежнему проводит свои медицинские исследования в Гвинее-Бисау. Правда, теперь область его интересов несколько сместилась. Он по-прежнему занимается инфекционными заболеваниями и их губительными последствиями. Но сейчас его больше занимает, почему в Гвинее-Бисау и многих других развивающихся странах непропорционально большую долю жертв таких болезней составляют девочки.

После обретения независимости мир в Гвинее-Бисау царил сравнительно недолго — примерно два десятилетия. С 1998 года страну раздирают гражданские войны, военные перевороты и мятежи. Некоторых президентов застрелили прямо на улице. Многие исторические здания оказались уничтожены. Ааби заметил, что именно в периоды таких столкновений происходят довольно странные вещи.

На протяжении нескольких месяцев 2001 и 2002 годов из-за боевых конфликтов медицинские центры Гвинеи-Бисау оказались лишены коклюшно-дифтеритно-столбнячной вакцины (КДС). КДС обеспечивает эффективную защиту от соответствующих заболеваний. И тем не менее все выглядело так, словно некоторым детям приносит пользу ее неполучение.

Дети возраста, рекомендованного для вакцинации и госпитализированные в этот период, согласно указаниям ВОЗ должны были получить КДС и оральную полиомиелитную вакцину (ОП). Но из-за отсутствия КДС они получали только ОП. И поразительно: детская смертность (в данном случае — доля умерших до шестилетнего возраста) была среди них втрое ниже, чем для детей, получивших обе вакцины. Вы можете заключить, что вакцина КДС вредна. Однако тут все не так просто.

Как мы уже отмечали, в КДС ничего дурного нет. Однако исследования, которые проводятся на протяжении более 20 лет, показывают, что если прививку делают после других (таких, как противотуберкулезная БКГ или прививка от кори), подобная комбинация может оказаться смертельной. Но только если вы девочка.

В эпоху, когда вакцинация еще не была рутинной процедурой, западноафриканские мальчики и девочки умирали в детстве практически в равных пропорциях. Когда же появились вакцина против кори и противостолбнячная БКГ, девочки стали жить дольше мальчиков. Но когда в практику ввели КДС, ситуация снова изменилась. Среди детей, чьей самой недавней прививкой стала КДС, девочки начали умирать раньше мальчиков. По-видимому, все это связано с так называемыми неспецифическими эффектами. В сущности, речь идет о непредусмотренных последствиях вакцинации, которые могут быть как позитивными, так и негативными.

На самом-то деле существование неспецифических эффектов не должно нас удивлять. Вакцинация и зарождалась-то как довольно дикий опыт. Хотя отцом вакцинации часто называют Эдварда Дженнера, он не первым провел эту процедуру. В 1774 году, за 20 лет до работ Дженнера, английский фермер Бенджамин Джести сделал прививку жене и сыновьям. С помощью штопальной иглы он взял биоматериал из пустулы коровьей оспы (у больной коровы), а затем поцарапал той же иглой руки пациентов. Местных жителей возмутило такое смешивание человечьего и коровьего материала: Джести «встречали улюлюканьем, бранью и градом камней всякий раз, когда он появлялся на каком-нибудь из окрестных рынков», и некоторые опасались, что у его семейства начнут расти рога. Но рога не выросли. Никто из привитых так и не подхватил человеческую оспу, несмотря на то что воздействию этой инфекции они подвергались неоднократно.

Работа Дженнера несколько сомнительна и с научной точки зрения. Первый опыт он произвел над восьмилетним мальчишкой, сыном фермера. 14 мая 1796 года он поцарапал этого Джеймса Фиппса ланцетом, покрытым гноем, взятым из оспенной язвы молочницы, зараженной коровьей оспой. 1 июля Дженнер сделал несколько проколов и надрезов на руках дрожащего испуганного мальчика и ввел в них материал, взятый у больного человеческой оспой. Фиппс не заразился, а значит, опыт увенчался успехом. Дженнер написал о нем статью и отослал ее в Королевское научное общество.

Как отмечается на сайте лондонского Музея науки{139}, если бы эксперимент провалился, «Дженнер, вероятно, не стал бы о нем никому сообщать, и Джеймса Фиппса забыли бы, как забыли многих жертв медицинских опытов». Забавно, что в Королевском научном обществе явно не испытывали насчет мальчика никаких моральных терзаний: статью отказались публиковать лишь из-за того, что автор не проделал свой опыт на достаточно большом количестве людей, а значит, его утверждения были небесспорны{140}.

Задним числом мы все мудрецы, но сейчас и в самом деле кажется, что работа Дженнера стоила предпринятого риска, особенно если вспомнить о туберкулезе. Первую противотуберкулезную вакцину применили в 1921 году. Шесть лет спустя процесс ее внедрения в медицинский обиход одного района на севере Швеции удивил Карла Наслунда, врача Шведского туберкулезного общества: он руководил вакцинацией. Наслунд сравнил выживаемость привитых и непривитых детей{141}. 10 % непривитых детей вскоре умирали, а среди привитых умирали в тот же период всего-навсего 3 % с небольшим. Это не объяснялось защитой от туберкулеза, поскольку уменьшение смертности приходилось главным образом на первый год жизни, тогда как туберкулез обычно выкашивает детей постарше. Наслунд пришел к выводу, что у вакцинированных детей лучше иммунная система, а значит, она лучше защищает их от целого ряда болезней, в том числе инфекционных. «Есть искушение объяснить эту очень низкую смертность среди вакцинированных детей, предположив, что вакцина БКГ порождает неспецифический иммунитет», — написал он в статье, опубликованной парижским Институтом Пастера в 1932 году.

С тех пор испытания, проведенные с привлечением контрольных групп, подтвердили, что БКГ действительно приносит нам не только защиту от туберкулеза. Эксперименты, проделанные в Великобритании и США, показали, что БКГ на 25 % сокращает смертность, обусловленную причинами, которые не связаны с туберкулезом или случайностью{142}.

В развивающихся странах БКГ по-прежнему входит в программу вакцинации, рекомендуемую ВОЗ. Специалистам вполне ясны благоприятные неспецифические эффекты БКГ. Эта вакцина снижает смертность среди новорожденных на 40 % не потому, что защищает их собственно от туберкулеза, а потому, что вообще увеличивает их сопротивляемость инфекциям, переносчиками которых являются бактерии, вирусы, паразиты и грибки. Такие инфекции без прививки могли бы стать летальными.

Однако в большинстве стран западного мира — там, где туберкулез если и не идет на спад, то поставлен под контроль, и где инфекционные заболевания вообще обычно не так распространены и не смертельны — БКГ теперь уже не входит в стандартную программу прививок. Но это не значит, что западные врачи не используют эту прививку. БКГ создавали исключительно для битвы с туберкулезом, но сегодня ее берут на вооружение в сражениях с онкологическими заболеваниями. Как показывают некоторые исследования, БКГ и вакцина против оспы могут снижать риск развития лимфомы, лейкемии и астмы{143}. БКГ стала широко применяться при лечении рака мочевого пузыря. Кроме того, ее используют для борьбы с рассеянным склерозом и диабетом 1 типа{144}. Не сомневайтесь, эти неспецифические эффекты реальны, и они имеют реальную значимость.

Однако судьба часто одной рукой дает, а другой отбирает. БКГ стала настоящим подарком, а вот КДС, как выясняется, может стать настоящей катастрофой для женской иммунной системы.

Человеческая иммунная система — вещь сложная. Состоит она из двух частей. Первая — система врожденного иммунитета, не слишком запутанная и не умеющая различать угрозы, зато быстрая: она сразу же реагирует на все незнакомое или неподобающее — например, на вещества, которые выделяются из клеток при их повреждении. Вторая часть — адаптивная иммунная система, в основе которой особые свойства клеток-лимфоцитов, имеющихся у нас в крови. Эти клетки — своего рода патрульные полицейские, высматривающие подозрительные антигены вроде бактерий, вирусов или клеток какого-то другого организма. Рецепторы на поверхности лимфоцитов идентифицируют характерные особенности поверхности антигена и затем покрывают соответствующие участки его поверхности антителом. В результате антиген одновременно и обезвреживается, и помечается для разрушения специализированными клетками-киллерами.

Эта армия убийц, действующая в адаптивной иммунной системе, имеет в своем составе два сигнальных батальона: Т-хелперы 1-го и 2-го типа (те и другие — разновидности Т-лимфоцитов). Они выбрасывают вещества, дающие приказ другим клеткам вступить в бой. БКГ и вакцина против кори увеличивают количество Т-хелперов 1-го типа: считается, что это улучшает способность иммунной системы бороться с другими инфекциями.

Все больше данных указывает на то, что, в отличие от «живых» вакцин, КДС сдвигает равновесие в сторону Т-хелперов 2-го типа. Исследование подопытных животных показывает, что самки (по неизвестным причинам) изначально имеют более выраженный по сравнению с самцами сдвиг в пользу Т-хелперов 2-го типа{145}.

Это подтверждает и исследование, проведенное Кэти Фланаган, специалистом по инфекционным заболеваниям из Лансестонской больницы (Тасмания). Фланаган изучает воздействие вакцин на иммунную реакцию новорожденных. Ее работа показывает, что организм девочек откликается на вакцинацию иначе, нежели организм мальчиков: удалось выявить довольно заметную разницу в таком отклике. По мнению Фланаган, это может иметь какое-то отношение к рецепторам на поверхности иммунных клеток, предназначенным для идентификации половых гормонов, но это пока только гипотеза. Исследовательница заявляет, что сейчас ясно одно: у девочек и мальчиков наблюдаются существенные различия в том, как определенные гены включаются после вакцинации. У мальчиков при этом не включаются почти никакие гены (из данного набора), тогда как у девочек включаются почти все{146}. «Это поразительно», — замечает Фланаган.

Хорошую аналогию представляет одно исследование, проведенное в 2006 году специалистами Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Они составили каталог действия более чем 23 тысяч генов у мышей мужского и женского пола и обнаружили, что почти три четверти генов в жировой и мышечной ткани, а также в печени вызывают синтез разного количества белков в зависимости от пола мыши{147}.

Разумеется, здесь еще предстоит проделать немалую работу, но уже сейчас несомненно: гендерный фактор играет роль в физиологии организма и в характере протекания болезней. А значит, медицине нужно наверстывать отставание. Джованелла Баджио называет это «задачей для третьего тысячелетия», которая потребует не только новых инвестиций в научные исследования, но и «реорганизации обучения медицине, а также политики в области здравоохранения». Задача эта непростая и очень важная, как и тема нашей следующей главы. Кажется, мы наконец готовы подхватить проект, который Зигмунд Фрейд забросил еще в XIX веке, и обратить его в научную революцию XXI века. Похоже, болтовня психоаналитиков наконец обретает серьезную теоретическую основу.

В 1985 году лондонский физиолог Уильям Китиндж провел весьма примечательный эксперимент{148}. Вместе с коллегами он уговорил добровольца поупражняться на подводном беговом тренажере, находясь при этом по шею в воде и будучи облаченным в рубашку, свитер и джинсы. Вода в бассейне была ужасно холодная (ее температура чуть превышала 5 °C), и бедняга рисковал заработать переохлаждение. Экспериментаторы просили его двигать руками и ногами, имитируя плавательные движения, до тех пор, пока он сможет выносить холод. Время выживания при таких условиях оценивалось в 1 час 15 минут. Через 10 минут после достижения этого времени исследователи прервали эксперимент. И не потому, что испытуемый замерз, а из-за того, что он пожаловался на боль в ступнях.

Этим человеком был Гудлаугур Фридторсон. Кажется немыслимым, что он согласился принять участие в таком эксперименте, ведь этот опыт воспроизводил ситуацию, в которой он оказался 17 месяцами раньше и чуть не лишился жизни.

Фридторсон — исландский рыбак. 11 марта 1984 года штормовое море завалило его лодку набок в 5 километрах к востоку от архипелага Вестманнаэйяр, расположенного близ южного побережья Исландии. Лодка перевернулась, и в течение 45 минут Фридторсон и два его оставшихся коллеги сидели на ней (еще двое не сумели выплыть).

Потом лодка затонула. Температура морской воды в ту ночь была 5 °C, температура воздуха — 2 °C. Троице оставалось только плыть в сторону суши. Они различали слабый огонек маяка и решили держать путь на него и время от времени окликать друг друга. Через пару минут один из них перестал подавать голос. Фридторсон и его капитан Хьортур Джонсон продолжали плыть, переговариваясь друг с другом. Не прошло и десяти минут, как Джонсон тоже перестал отвечать. Фридторсон понял: он остался один в безбрежном океане.

Шесть часов он плыл в джинсах, рубашке и свитере. Он беседовал с птицами-глупышами, пролетавшими над головой. Он беседовал с Богом. Он рассказывал самому себе анекдоты. А потом, посреди темной ночи, он наконец добрался до берега.

Как он выжил? Отчасти благодаря своей полноте. В статье, которую опубликовал British Medical Journal, Ки тиндж и его коллеги объясняли, что у Фридторсона «более обширная жировая прослойка», чем у многих участников аналогичных испытаний. Впрочем, New Scientist выразился не столь вежливо{149}: «При всем величайшем уважении к Фридторсону все-таки невольно сравниваешь его с тюленем, которого защищает от всех невзгод жировой щит», — заметил Стивен Янг, один из авторов журнала. Однако не забудем, что имел место и позитивный настрой, который проявился в рассказывании анекдотов и беседах со Всевышним.

По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований США, серьезно поврежденному кораблю обычно требуется в среднем не меньше 15–30 минут на то, чтобы затонуть{150}. Эти минуты «обеспечивают бесценное время на подготовку» людей к выходу в ледяную воду. Управление советует надевать на себя несколько слоев одежды: даже мокрая ткань все-таки захватывает немного теплого воздуха. Разумеется, по возможности доберитесь до спасательной шлюпки. Если вы можете контролировать процесс входа в воду, погружайтесь в нее медленно, чтобы ваша сердечно-сосудистая система не испытала шок и ваше дыхание не слишком участилось. Не шевелитесь, не пытайтесь совершать плавательные движения, просто держитесь на поверхности воды, если только рядом нет спасательной шлюпки. Заключительный совет Управления всем, кто пытается пережить погружение в ледяную воду: «Сохраняйте позитивное настроение. Воля к жизни имеет в таких ситуациях решающее значение».

Так ли это? Попробуем выяснить. Вот любопытная отправная точка: в июле 2012 года Хелена Карпинен опубликовала потрясающую статью{151} под названием «Воля к жизни и выживание на материале 10 лет обследований пожилых людей». Карпинен наблюдала 400 жителей Хельсинки в возрасте от 75 до 90 лет. Впервые она обратилась к ним в 2000 году, задав невинный вопрос: «Сколько лет вы еще хотите прожить?»

Некоторые предпочли вообще не отвечать, словно боясь облечь свою мысль в слова. Статистика очень интересная: такие люди были старше давших ответ, и у них было больше проблем со здоровьем. Смерть казалась им слишком близкой, чтобы рискнуть сделать ее реальнее, воплотив в словах и образах.

Карпинен разделила респондентов, которые все-таки ответили, на три группы: тех, кто хотел бы прожить 5 лет или меньше (таких оказалось 26 %), тех, кто выразил желание протянуть больше 5 лет, но не больше 10 лет (56 %), и тех, кто предпочел бы задержаться на свете дольше 10 лет (18 %).

Десять лет спустя Карпинен снова вернулась к своим респондентам. Половина из них успела за это время умереть. Вместе с коллегами она изучила статистическое распределение этих смертей по возрасту, полу, образованию; учитывалось также пристрастие к табаку, наличие депрессии, симптомы болезни. Ученые сделали примечательный вывод. «Тем, кто хотел жить дольше, действительно удавалось дольше продержаться», — подчеркивает Карпинен.

Вероятно, вас это не особенно удивляет. Опыт говорит нам: воля к жизни действительно нередко играет решающую роль. Наука, всегда очень осторожно относящаяся к методам интерпретации окружающего нас мира, яростно пыталась отрицать это утверждение. Однако сейчас, похоже, это противодействие идет на спад. Наконец-то на сцену выходит психонейроиммунология — наука о взаимодействии мозга, сознания и оборонительных рубежей организма. Понятие «оборонительные рубежи» невольно вызывает в памяти героические битвы прошлого, так что в каком-то смысле знаменательно, что эта штука зародилась в России.

История науки, которую много позже стали называть психонейроиммунологией (ПНИ), началась 15 ноября 1881 года. В тот день бешеный сеттер по кличке Плутон вонзил зубы в офицера Александра Демьянкенкова. Командиром Демьянкенкова был принц Ольденбургский, член императорской семьи, а заодно и страстный любитель медицинских исследований.

Принц слыхал о замечательном лекарстве от бешенства, созданном знаменитым парижским врачом и ученым Луи Пастером. Пастеризация (уничтожение бактерий путем нагрева) стала лишь одним из открытий хитроумного француза. Разработанный им набор вакцин не менее важен для человечества. Пастер в ту пору как раз недавно изобрел вакцину против бешенства, тут же обретшую колоссальную популярность в Европе, где случаи бешенства встречались весьма часто. Принц отправил своего раненого подчиненного в Париж на лечение. На следующий год Россия официально попросила Пастера обучить русских ученых его методикам. Но Пастер не собирался отдавать свои секреты задешево. Он ответил: возможно, будет лучше, если русские «обеспечат некоторую финансовую поддержку» его парижскому институту. Получив же эти средства, Пастер почтет за счастье «принять в своем институте медиков из Вашей огромной страны, которая всегда вызывала во мне величайшую симпатию». Пока же он рекомендовал русским, не мешкая, посылать в Париж всех своих искусанных служак.

Тактика сработала. Российские граждане вскоре составили самую обширную диаспору пациентов в Институте Пастера, а принца Ольденбургского откомандировал во Францию с даром в 100 тысяч франков лично император Александр III. Принц вернулся не с пустыми руками: Пастер вручил ему кролика, привитого от бешенства — отличное начало для создания русской вакцины против этой болезни.

Кроме того, Пастер подтвердил свое согласие принять в Париже русских ученых для работы. Статьи Института, обещал он, отныне будут печататься на двух языках. Вот так в Париж попал Сергей Метальников, привезший с собой павловские методики выработки условного рефлекса. Гость тут же продемонстрировал, что он может влиять на содержание белых кровяных телец подопытной морской свинки, манипулируя ее сознанием.

Белые кровяные тельца (лейкоциты) составляют примерно 1 % от всех клеток вашей крови. Их роль проста — атаковать чужеродные агенты, обнаруженные в крови, и обезвреживать их. Повышенное содержание лейкоцитов показывает, что оборонительные системы вашего организма активизировались. Метальников доказал: иногда такое возможно, даже если никаких врагов в организме нет.

В ходе своих опытов Метальников помещал теплый металлический стержень на кожу морской свинки, а его коллега Виктор Шорин одновременно делал животному инъекцию тапиоковой взвеси[10]. Тапиока активизировала иммунную систему зверька и увеличивала содержание белых кровяных телец. Однако, следуя павловским методикам внедрения условного рефлекса, Метальников скоро сделал инъекцию ненужной. После нескольких опытов уже одного только ощущения теплого металлического стержня оказывалось достаточно, чтобы поднять уровень лейкоцитов в крови животного. Как выяснилось, этот процесс даже приносит морской свинке определенную пользу. К концу серии опытов прикладывание теплого стержня к коже сделало животных с условным рефлексом более устойчивыми к действию возбудителей холеры по сравнению со зверьками, у которых такой условный рефлекс не сформировали.

Результаты экспериментов Метальникова были опубликованы в 1926 году{152}, но тогда никто не обратил на них особенного внимания, ибо царством сознания в те времена правили психоаналитики и психиатры, а никакой серьезный ученый не стал бы работать с подобными шарлатанами. Честно говоря, винить в этом следует главным образом Зигмунда Фрейда.

В 1936 году принцесса Мари Бонапарт, правнучатая племянница императора Наполеона I, случайно обнаружила в одной берлинской книжной лавке целую пачку писем, которые Фрейд некогда написал своему другу Вильгельму Флиссу. Принцесса хорошо знала Фрейда. Она была самой богатой среди его последователей, и это именно она оплатила его выезд из оккупированной нацистами Австрии. Она купила письма, после чего отправила Фрейду послание, где спрашивала, как ей с ними поступить. «Сожгите», — ответил он.

Возможно, она понимала, что он пребывает не в лучшем состоянии духа для принятия взвешенного решения. Из-за чрезмерного пристрастия к сигарам у него развился рак челюсти, и правая сторона его лица обвисла. Подвергшись многочисленным операциям, он теперь постоянно испытывал невыносимую боль. Вирджиния Вульф описывала его как «измученного, съежившегося старичка с глазами маленькой обезьянки». По неизвестной причине принцесса все-таки решила ослушаться распоряжения Фрейда, и мы должны быть ей благодарны: эти письма, опубликованные лишь в 1950 году, раскрывают много тайн.

Так, в них содержится описание предпринятой Фрейдом в 1895 году попытки разработать «Проект научной психологии». Неудивительно, что Фрейда смущала мысль об этих письмах: проект позорно провалился. Квалифицированный невролог, он хотел найти причины человеческого поведения в нервной системе. Требовалась немалая одаренность, чтобы увидеть саму необходимость подобного проекта, однако тогдашнее понимание физиологии мозга не отличалось глубиной и полнотой: Фрейду явно не хватило бы знаний для того, чтобы пролить свет на те людские причуды, о которых доверительно рассказывали в его врачебном кабинете. Осознав, что проект — пустая трата времени, Фрейд отказался от него и провозгласил, что в основе диагнозов, которые ставят психоаналитики, должны лежать лишь субъективные отчеты пациентов. «Любые попытки связать психоанализ с чем-нибудь научным бесполезны», — заявил Фрейд. Пути психоанализа и объективной науки сразу же после этого разошлись. Лишь сегодня они вновь начинают сближаться.

Это объединение началось вполне психоаналитически — с взаимоотношений отца и сына, причем оба они были психиатрами. В 1950-е годы Джордж Соломон был психиатром-резидентом[11] в Институте Лэнгли Портера при Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Его отец Джозеф, также психиатр, долгое время предполагал, что психологические проблемы влияют на протекание ревматоидного артрита — заболевания, которое (как он считал) обостряется из-за негативных эмоций или стресса. Джордж решил помочь отцу и попытаться выяснить, так ли это.

В конце концов Джордж Соломон перебрался из Калифорнийского университета в Стэндфордский. Там он начал сотрудничать с психологом Рудольфом Моссом, который как раз занимался изучением целого ряда факторов, влияющих на состояние здоровья тех, кто страдает ревматоидным артритом. Однако воздействие сознания можно было изучать лишь на примере пациентов, находящихся в Сан-Франциско: руководство Стэнфорда вовсе не желало поощрять «психологическую дребедень» нашего дуэта.

К началу 1960-х годов в Институте Лэнгли Портера без особого страха относились к идее о связи между сознанием и телом. На протяжении предыдущего десятилетия некоторым его сотрудникам удалось показать, что мыши, подвергающиеся стрессу, могут становиться более уязвимыми по отношению к воздействию вируса герпеса, а обезьяны после аналогичных издевательств с большей вероятностью подхватывают полиомиелит. Однако всех поразило, когда Соломон смело заявил о своих намерениях. Он повесил на дверь своей лаборатории табличку, которая привела в ужас его коллег. Табличка гласила: «Психоиммунология». Так произошло официальное рождение новой области исследований.

Но тут возмутились иммунологи. Они заявили, что иммунной системе человека мозг ни к чему: она вполне способна самостоятельно распознавать всевозможные чужеродные молекулы и организмы, представляющие угрозу нашему телу. Более того, никто не знал о существовании какой-либо физической связи между мозгом и иммунной системой. По счастью, никто не предупредил об этом Роберта Адера.

«Будучи психологом, я понятия не имел, что между мозгом и иммунной системой нет никакой связи», — признался Адер уже через много лет после того, как его эксперименты доказали ошибочность этой расхожей истины. Наблюдая, как крысы обучаются благодаря выработке условных рефлексов (кондиционированию), он давал зверькам питье, содержавшее сахарин, и одновременно делал им инъекцию циклофосфамида — вещества, от которого у крыс происходит расстройство желудка. Нет ничего удивительного в том, что грызуны быстро научились отказываться от сладкого питья. Однако прямо во время серии экспериментов крысы начали гибнуть. Этот результат Адер поначалу назвал «неприятным, но совершенно неинтересным наблюдением».

Впрочем, вскоре дело пошло интереснее. Ученый заметил, что эти летальные исходы связаны с объемом потребленного сахаринового раствора, а не с количеством цикло-фосфамида, введенного при помощи инъекции. Не будучи иммунологом, Адер ощущал себя вправе делать самые дикие и невежественные предположения. Он знал, что цикло-фосфамид подавляет иммунную систему. Может быть, ассоциация, сформированная посредством кондиционирования, сама по себе достаточна для того, чтобы осуществлять такое подавление? Нарушение иммунной реакции сделало бы крыс более подверженными воздействию патогенов, имеющихся в лаборатории. Отсюда и гибель животных.

Ничего не зная об опытах с тапиокой и морскими свинками, проведенных Метальниковым за полвека до этого, Адер с коллегами принялись доказывать существование связи между кондиционированием и иммунной системой, вынуждая мир иметь дело с неведомыми дотоле взаимоотношениями иммунной системы и мозга. «Мои данные просто вынудили меня этим заняться», — писал он позже. Так начался фарс, блистательно подтвердивший закон Шопенгауэра.

Человеческая воля была излюбленным предметом философа Артура Шопенгауэра. Он пространно рассуждал о «воле к власти» и о человеческом духе, воплощенном в «воле к жизни». Кроме того, он сознавал, что упрямство и нежелание потерять лицо очень свойственны человеку. Это наблюдение он выразил в одном из самых глубоких своих утверждений: «Всякая истина проходит три стадии. Вначале над ней смеются. Потом ей отчаянно сопротивляются. А затем ее принимают как должное».

Адер и его коллеги столкнулись именно с таким отношением к своей гипотезе. Правда, мы пока еще не знаем, подходит ли идея о физиологической воле к жизни под шопенгауэровское определение истины. Так или иначе, статьи Адера, где он демонстрировал усиление выработки антител, происходящее благодаря психологическому кондиционированию, респектабельный британский журнал Nature отверг из-за того, что ученый не сумел детально объяснить механизм такого усиления. Но в науке все меняется быстро, и уже через несколько лет, в конце 1970-х, Nature отказался публиковать работу, показывавшую, что нервная система может реагировать на сигналы иммунной системы, поскольку «само собой разумеется, что мозг должен получать информацию от иммунной системы».

О том, насколько далеко мы продвинулись по этому пути, можно судить и исходя из того факта, что в 2000 году один психиатр, уроженец Австрии, удостоился Нобелевской премии за работу, которая демонстрировала, что сознание — физический объект.

Когда Эрик Кандель получил Нобелевскую премию, Австрия возликовала. Но ликование длилось недолго. Кандель говорит, что он «утер нос австриякам»{153}, публично заявив, что это не австрийская, а еврейско-американская нобелевка.

Надо сказать, Кандель без особой приязни относился к жителям Вены, которые, по его словам, так и не сумели оправдаться за изгнание евреев. Его автобиография «В поисках памяти» ставит жесткий вопрос: «Как могло столь высокообразованное и высококультурное общество, в один исторический период взрастившее Гайдна, Моцарта и Бетховена, в следующий исторический период погрязнуть в варварстве?»

Вскоре после того, как ученый сурово отчитал страну, где некогда родился, австрийский президент лично позвонил Канделю и осведомился, что эта страна могла бы сделать для того, чтобы исправить положение. Первым требованием Канделя стало немедленное переименование Доктор-Карл-Люгер-Ринг — улицы, на которой стоит Венский университет.

Карла Люгера избрали венским бургомистром незадолго до наступления XX века. Он был рьяным католиком и отъявленным антисемитом. Адольф Гитлер, 6 лет проживший в люгеровской Вене, отмечал, что градоначальник оказал на него немалое влияние. Люгер даже удостоился упоминания в «Майн кампф». Гитлеровская евгеника выросла из искаженного понимания дарвинизма, которое как раз и породило взгляды Люгера и его идейных соратников. Кандель счел «невероятным оскорблением» то, что имя Люгера по-прежнему уродует городской ландшафт, а уж тем более — что его поневоле связывают с университетом, который вскормил таких выдающихся еврейских мыслителей, как Больцман и Фрейд. В апреле 2012 года власти Вены переименовали эту улицу в Универзитетсринг (Университетский бульвар). Кандель умеет добиваться своего. Это касается и природы сознания: кажется, он сумел изменить отношение нашего сознания к собственной природе.

Физические аспекты памяти — ее влияние на физические структуры мозга — всегда играли в жизни Канделя огромную роль. Он еще помнит, как бежал из Вены за несколько месяцев до начала Второй мировой войны. Квартиру его семьи на Северингассе, 8 (в 9-м районе Вены) разграбили погромщики-антисемиты. Канделей выгнали на улицу, все их имущество украли. Нацисты забрали у девятилетнего Эрика самое дорогое для него — голубую машинку, которой можно было управлять с помощью пульта. Воспоминание о ней неизгладимо отпечаталось у него в мозгу. «Меня (как и других) поражает, насколько глубоко эти травматические события проникли в мою память: они буквально прожгли ее, — говорит Кандель. — Я волей-неволей думаю, что переживания во время этого последнего венского года позже помогли мне избрать сферу интересов, которая включает в себя изучение сознания, поведения людей, непредсказуемости мотивов, неизгладимости воспоминаний». Он получил Нобелевскую премию за то, что показал: накопление и хранение воспоминаний — «процесс очень даже молекулярный», как выразился Кандель в своей речи{154} на торжественном банкете, перед королем и королевой Швеции, перед членами Нобелевского комитета. А началось все с улитки.

Животные с давних пор помогают нам разбираться в тайных коммуникационных системах, существующих в биологии. Мы по-настоящему поняли, что такое биоэлектрический потенциал (благодаря которому нейроны посылают сигналы другим клеткам), изучая анатомию кальмара. Его гигантский аксон, биологический электропровод, идущий от головы до хвоста, имеет в диаметре один миллиметр: куда больше, чем любые аналогичные объекты у нас в мозгу, и куда удобнее для научных исследований.

Мы многим обязаны и крабу-мечехвосту, чьи фасеточные глаза и хорошо доступные для наблюдения зрительные нервы существенно облегчили нам выяснение того, как взаимодействуют сетчатка глаза и мозг. И, как известно всякому, кто изучал биологию, лягушка в свое время очень помогла ученым проникнуть во взаимодействия между нервными и мышечными клетками.

Тем не менее все твердили Канделю, что изучение улиточьей памяти — занятие бессмысленное. Никто ничего не знал о том, где могут храниться воспоминания, и хотя выяснение всех деталей механизмов памяти казалось Канделю «великолепной» проблемой для распутывания, старшие коллеги уверяли его, что мозг у беспозвоночных слишком просто устроен, чтобы служить моделью мозга человеческого. Но Кандель знал, что даже некоторые из самых простых животных способны обучаться. А следовательно, заключил он, какие-то примитивные структуры их мозга, возможно, уцелели и в нашей, человечьей, физиологии.

Просмотрев длинный список животных-кандидатов и отвергнув речных раков, омаров и нематод, он в конце концов решил, что гигантская морская улитка аплизия («морской заяц») удовлетворяет всем условиям. А узнать о ней все, что можно, легко у главного в мире специалиста по этим существам — Ладислава Таука, работающего в Париже. И Эрик Кандель отправился в Париж.

Аплизия так хорошо подходит для исследования благодаря тому, что у нее очень простая нервная система, имеющая сравнительно мало клеток, причем все они довольно крупные и каждую нетрудно идентифицировать, иными словами, выяснить, чем она занимается.

Перво-наперво следовало показать, что аплизия умеет обучаться. Кандель вместе со своей группой, на глазах у чрезвычайно скептически настроенных коллег, сумел кондиционировать поведение этих животных так, чтобы они втягивали жабры (это типичный для аплизии защитный маневр) в ответ на легкое прикосновение.

Обычно эти существа вообще не реагируют на осязательные раздражители. Но если легкое касание сопутствует неприятному электрическому разряду, бедняги вскоре приучаются бояться пальца экспериментатора. Возник животрепещущий вопрос: позволит ли немудреная анатомия этого моллюска выявить зримую разницу между мозгом подготовленного и неподготовленного животного?

Выяснилось, что такая разница действительно заметна. Когда аплизия запоминает что-либо надолго, при осмотре ее мозга обнаруживается, что в нем выросли новые связи (или, выражаясь по-научному, новые синапсы). Канделя очень воодушевило, хотя и совершенно не удивило это открытие. Опытный психиатр, он занялся проблемой памяти лишь из-за того, что ему хотелось совершить научный прорыв, который принес бы новые данные для его собственной сферы деятельности, тем самым позволив внести в нее усовершенствования. Он не сомневался: то, что он обнаружил применительно к моллюскам, справедливо и для человека, ибо и у нас процесс обучения должен включать в себя изменения в физической структуре мозга. Более того, он полагал, что психотерапия — это, в сущности, процесс обучения, так что она должна изменять мозг. «Вот каким образом мы наконец можем провести связь между состоянием физического тела человека и содержимым его сознания», — провозгласил он. Это довольно смелое заявление, особенно если учесть, что в его основе — лишь изучение какого-то презренного моллюска. Но теперь мы знаем (благодаря позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), одному из методов сканирования мозга и других органов), что его гипотеза оказалась совершенно справедливой.

ПЭТ стала настоящей революцией в медицине, причем как в диагностике, так и в научно-исследовательской работе. Перед анализом пациенту делают инъекцию раствора радиоактивного сахара. Радиоактивный элемент испускает позитроны — по сути, эквивалент электронов, только представляющий не материю, а антиматерию. Там, где эти позитроны сталкиваются с электронами наших тканей, происходит аннигиляция и выброс энергии. Этот выброс (он называется гамма-излучением) как раз и регистрируется томографом. Отмечая, в каких местах излучение попадает в детекторы прибора, компьютерная программа собирает из кусочков траекторию гамма-лучей и определяет, где происходила аннигиляция. Остроумные инженерные решения позволяют получить в результате этой процедуры трехмерную карту вашего тела.

Разрешение такой карты может быть невероятно высоким. Различные виды тканей поглощают различные радиоактивные элементы в различных количествах, так что впрыскивание в организм целого коктейля элементов позволяет исследователям построить трехмерные модели человеческого тела в молекулярных масштабах. Получается фантастически подробная картина, раскрывающая множество тайн.

Соили Лехто из Университета Восточной Финляндии собрала 19 страдающих от депрессии и просканировала их мозг с помощью ПЭТ{155} до и после годичного курса психотерапии. При анализе определяли концентрацию определенных молекул (переносчиков серотонина) в центральной области мозга пациента. У большинства испытуемых эта концентрация не изменилась. Но у 8 пациентов после психотерапии обнаружилось ее существенное повышение.

Их отнесли к категории людей с «атипичной» депрессией, то есть таких, чье настроение может улучшаться, когда с ними случается что-то хорошее. При такой небольшой выборке и отсутствии контрольной группы трудно сказать, что означают эти результаты. Однако они все-таки послужили довольно убедительным свидетельством в пользу того, что психотерапия способна изменять мозг. Новые свидетельства поступили в 1992 году, когда калифорнийский нейропсихиатр Льюис Бакстер сравнил эффект психотерапии с эффектом антидепрессанта флуоксетина{156} (больше известного как прозак). Оба вида лечения изменяют уровень активности хвостатого ядра — одной из структур мозга.

Вполне ожидаемо, что некоторые вещества будут оказывать физическое воздействие на мозг. Но неужели такой же эффект способна давать беседа с психотерапевтом? Эта мысль представляется, мягко говоря, удивительной. Тем не менее психотерапия явно порождает такой эффект. В 2011 году Хассе Карлссон, профессор психиатрии Хельсинкского университета, обобщил 20 работ об изменениях мозга, вызванных психотерапевтическим воздействием{157}, и пришел к выводу: мы полным ходом движемся к ситуации, когда столько будем знать о реальных возможностях психотерапии (о том, как манипулировать нашими субъективными переживаниями в целях изменения физической структуры нашего мозга), что определенные виды психотерапии будут использоваться для целенаправленного воздействия на конкретные мозговые цепочки. По словам Канделя, «психотерапия — биологическое лечение, терапия для мозга»{158}.

Программа, от которой некогда отказался Фрейд, наконец начинает приносить плоды. Далеко ли может зайти дело? Теперь мы знаем, что сознание умеет воздействовать на иммунную систему и проговаривание проблем способно вызывать физические изменения у нас в мозгу. Мы знаем, что определенные состояния сознания (например, ожидание нападения) порой изменяют иммунную систему, повышая сопротивляемость организма инфекции. Можем ли мы вслед за Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США заявить, что воля к жизни имеет решающее значение? Неужели мы случайно отыскали священный грааль здравоохранения, позволяющий воплотить заветные мечты врачей?

Все-таки пока нет. Прежде чем мы заберемся слишком далеко, следует вновь обратиться к вопросу, идет ли речь об эффекте, который стоит того, чтобы научиться им управлять. Уникальный случай Гудлаугура Фридторсона оставляет нас заинтригованными, но неудовлетворенными: в конце концов, его защищал телесный жир. Проведенные Хеленой Карпинен опросы пожилых людей, желавших прожить подольше, чуть более убедительны. Но какие еще причины могли бы побудить нас серьезно отнестись к физиологической стороне воли к жизни? Может быть, здесь следует начать с необычайных заявлений Дэвида Филлипса.

Филлипс, профессор социологии Калифорнийского университета в Сан-Диего, привык к разного рода неурядицам и невзгодам. Он появился на свет в ЮАР, где его родители, литовские евреи, выражали свое возмущение апартеидом, оказывая медицинские услуги всем, кроме белых. Когда Дэвиду было 12, его семью вынудили уехать в США. Это случилось в 1950-е, а к 1974 году он, уже взрослый человек, вплотную занялся проблемой смерти. Именно в этом году он опубликовал статью о «самоубийцах-подражателях»{159}, оказавшую огромное влияние на общество и СМИ. Статья показывала, что косвенная реклама суицида (например, сообщение о таких событиях на первой полосе газеты) существенно увеличивает количество самоубийств в последующие несколько недель. В то время это утверждение казалось чрезвычайно спорным, однако тщательная проверка подтвердила правоту Филлипса. Его открытие изменило подход журналистов к освещению новостей о том, как люди сводят счеты с жизнью. Теперь пресса рассказывает об этом иначе.

Много споров вызвала и его статья в New England Journal of Medicine, где он старался показать, какое влияние на ученых оказывают исследования, которые обсуждаются в New York Times. Филлипс утверждал: напечатайте статью в New England Journal of Medicine, а затем добейтесь того, чтобы отзыв о ней появился в New York Times, — и другие ученые будут цитировать эту статью гораздо чаще по сравнению с аналогичной работой, на которую New York Times не обратила внимания. Ученые приняли это открытие в штыки и изо всех сил пытались найти погрешность в филлипсовском анализе, однако у них ничего не получилось.

Самой противоречивой публикацией Филлипса стала работа о людях, которым удается отсрочить собственную смерть. Он начинает с любопытного вопроса: «В фильмах и в некоторых жанрах романтической литературы нам иногда встречается сцена, где лежащий на смертном одре цепляется за жизнь в ожидании какого-то определенного события. Например, мать может откладывать свою кончину, пока не вернется с войны ее сын, которого она уже давно не видела. Происходят ли в реальной жизни такие же подвиги воли?»

Чтобы дать ответ, Филлипс начал с изучения дат рождения и смерти 1251 «выдающегося» американца{160}. Вполне разумно предположить, рассуждал он, что дни рождения знаменитостей справляют с большей помпой, что именинник будет получать больше внимания и подарков и такой праздник окажется, вообще говоря, более достойным, чем день рождения какого-нибудь серого неудачника. А значит, должна существовать некая статистическая яма, локальный спад смертности: иными словами, накануне своего дня рождения знаменитости должны умирать реже, чем непосредственно после.

И Филлипс действительно углядел такой эффект. Более того, он обнаружил корреляцию между степенью прославленности и величиной спада смертности. Он распределил своих героев по трем ступеням славы: на верхней оказались Джордж Вашингтон, Томас Эдисон и им подобные, посредине — Эдгар По, Александр Белл и т. п., внизу — Сэмюэл Адамс, Никола Тесла и другие. Чем знаменитее люди, входящие в группу, тем больше у нее спад смертности. Филлипс заявил: если вы большая шишка, маловероятно, чтобы вы дали дуба накануне своего дня рождения — во многом из-за того, что вы жаждете внимания, причем прижизненного.

У работы «День рождения и день смерти: неожиданная связь», опубликованной в 1972 году, нашлись свои развенчатели и разоблачители. То же самое можно сказать и о ее продолжении под названием «Смерть берет выходной: о смертности во время социально значимых праздников». В этой статье, опубликованной журналом Lancet в 1988 году{161}, вроде бы показано, что локальный спад смертности наблюдается у мужчин-иудеев в течение недели перед еврейской Пасхой. Этот праздник традиционно отмечается под формальным руководством мужчины — главы семьи, и локальный спад больше всего, когда главный день праздника падает на уик-энд — вероятно, из-за того, что празднование в таком случае еще шире и его уж точно никак нельзя пропустить.

А в других культурных группах есть такие примеры? Есть. Филлипс выяснил, что китайскому Празднику середины осени, где в центре внимания традиционно оказываются пожилые женщины, предшествует спад смертности именно среди этой группы населения: в течение недели перед праздником смертность среди матриархов (родоначальниц и женщин-старейшин) на треть меньше обычной. А вот в неделю после праздника вероятность кончины для них выше, чем в обычную неделю. Средняя разница в уровне смертности по обе стороны праздника оказалась примерно одной и той же на протяжении ряда лет. Эти данные опять-таки позволяют предположить, что мы можем силой воли заставить себя оставаться в живых, по крайней мере, на некоторое время.

Многие ученые обвиняли Филлипса в предвзятости: мол, он нарочно отбирает лишь такие данные, которые вписываются в его гипотезу. Но ожидание приятного события (и вообще оптимизм), по-видимому, действительно оказывает благотворное действие на ваше здоровье. Лаура Кубжански из Гарвардского университета провела в 2001 году исследование, показавшее, что оптимизм{162} («Когда видишь стакан как наполовину полный», — поясняет автор) уменьшает подверженность пожилых людей коронарным сердечным заболеваниям. И это не зависит от того, сколько они курят и сколько алкоголя имеют обыкновение выпивать. Кубжански заключает: вполне возможно, что обучение людей оптимизму станет неплохим вложением в здравоохранение.

Но прежде чем мы углубимся в эту сферу, необходимо предупредить вас об опасности «сахаринового терроризма».

Когда слишком настойчиво уверяешь больного, что он поправится, если только будет мыслить позитивно, это может привести к катастрофическим последствиям: те, кому в результате не полегчает, могут решить, что это из-за их недостаточной оптимистичности. А значит, они взвалят на себя чрезмерную ответственность за то, что продолжают болеть. Между тем всякая крайность здесь вредна и не имеет отношения к истине. «Стремясь как можно активнее продвигать так называемую позитивную психологию, ее сторонники создают колоссальную пропасть между своими предположениями и научными доказательствами». Так заявляют Джеймс Койн и Ховард Теннен в своей статье, призванной показать, что действенность психологического воздействия на онкологические процессы сильно преувеличена{163}. В качестве примера они приводят осуществленное в 1999 году обследование 578 женщин, страдающих раком груди: миф о всевластии позитивного мышления тогда удалось развеять, к большому облегчению изнуренных, терзаемых виной пациенток, живущих по всему миру. Проводившие обследование писали: «Наши данные позволяют предположить, что женщин можно избавить от бремени вины, которая возникает, когда они обнаруживают, что им трудно поддерживать в себе боевой дух».

Но при этом важно отдавать себе отчет и в разрушительном действии неблагоприятной обстановки на наш организм.

Стресс — многоглавое чудище. По сути, это все, что происходит в вашем организме, когда вы чувствуете, что плохо готовы к тому, чтобы справиться с ситуацией, в которой оказались, или утратили контроль над тем, что с вами происходит. Выброс адреналина в рамках пресловутой реакции «бей или беги» — хороший пример отклика на определенный вид стресса: скажем, когда вас пытаются ограбить на улице, организм мгновенно выбрасывает в самые разные ваши мышцы смесь веществ, улучшающих вашу способность атаковать негодяя или удрать от него.

В самых разных случаях (будь то попытка ограбления, экзамен, прыжок с парашютом или аврал на работе) стрессовое событие побуждает центральную нервную систему, эндокринную и иммунную системы обмениваться множеством химических соединений, в числе которых адреналин, норадреналин, кортизол и пролактин. И каждое из этих веществ может оказывать негативное влияние на иммунную систему, поскольку почти все ее клетки обладают рецепторами, способными связываться со стрессовыми соединениями. В результате происходит выброс цитокинов.

Цитокины — белки-киллеры, работающие в иммунной системе. (Три примера — интерферон, фактор некроза опухоли (ФНО), интерлейкины.) Они синтезируются лейкоцитами, и их задача состоит в том, чтобы атаковать, нейтрализовать и уничтожать вторгшиеся чужеродные организмы и любые молекулы, представляющие угрозу для нормального функционирования тела. Но иногда цитокины выделяются из-за стресса. И это большая проблема, поскольку цитокины воздействуют на химический суп, что плещется внутри нашего тела. Так, интерлейкин-1 может побудить гипоталамус (одну из областей мозга) выделять гормон, который будет стимулировать выработку других гормонов стресса, а это лишь усугубит ситуацию. Ряд исследований показывает, что повышенный уровень гормонов стресса и цитокинов повышает нашу уязвимость по отношению к вирусам простудных заболеваний и гриппа, снижает восприимчивость к вакцинам, замедляет время заживления ран и порезов. В рамках довольно странного эксперимента, где женщины, ухаживающие за родственником с болезнью Альцгеймера (весьма стрессовая ситуация), позволяли нанести им «небольшой, стандартизированный порез кожи», на заживление такой ранки уходило на 24 % больше времени, чем у женщин в контрольной группе{164} (не подвергавшихся стрессу). Более того, экспериментаторы на том не успокоились и взяли у этих женщин кровь на анализ. Как выяснилось, у группы, подвергавшейся стрессу, лейкоциты в присутствии специально введенного антигена вырабатывали меньше цитокина{165} под названием интерлейкин-1-бета.

Смерть близкого человека — одно из самых стрессовых событий в нашей жизни. В подобных случаях разрушительная сила стресса особенно заметна. Авторы обзора, выполненного в 1994 году по заказу Национальных институтов здоровья США{166}, подчеркивают: «Многочисленные исследования показывают, что на протяжении года после кончины супруга или супруги смертность среди вдов или вдовцов в 2–12 раз выше, чем у состоящих в браке людей того же возраста». Это так называемый «эффект вдовства». Масштабная работа по наблюдению за более чем 4 тысячами добровольцев на протяжении 12 лет выявила, что для мужчины, чья жена в начале этого периода только что умерла, вероятность умереть самому на протяжении этих 12 лет на 25 % выше, чем для тех его сверстников, чья супруга жива{167}.

При этом следует отметить, что аналогичный рост смертности среди овдовевших женщин составил лишь 5 %. Скорее всего, это вызвано различиями в степени самодостаточности между женщинами и мужчинами, которые приняли участие в исследовании: они принадлежат к поколению, где вдовцы имеют тенденцию умирать от недостатка ухода и нормально приготовленной еды, а также просто от одиночества. Ученым хорошо известно это явление. Мета-анализ (по сути, обзор исследований), опубликованный в 2011 году{168}, дает целый ряд факторов, которые могут быть причиной такого роста смертности. Так, наличие партнера позволяет делить расходы на двоих, поэтому легче поддерживать здоровый режим питания. Супруги постоянно следят за самочувствием друг друга и за тем, чтобы их спутник жизни выполнял рекомендации врачей: это так называемый «эффект хранителя».

Тем не менее кончина супруга/супруги представляет серьезную медицинскую проблему независимо от того, какого вы пола. В 1975–1977 гг. Роджер Бартроп и его коллеги по Сиднейскому университету измерили уровень иммунного отклика у 26 недавно овдовевших мужчин и женщин{169}. В первые 8 недель после утраты их иммунная система давала значительно более слабую реакцию, а значит, они больше рисковали подхватить инфекцию.

Так впервые удалось показать, что острый психологический стресс дает вполне измеримое изменение параметров иммунной системы человека. В 2010 году опубликованы результаты дальнейших исследований, показывающие, что после такой утраты следует опасаться не только инфекции{170}. Большинство типов заболеваний оказались распространены в скорбящей группе лишь на 20 % шире, чем в контрольной. Однако все скорбящие вдвое чаще (по сравнению с контрольной группой) сообщали о проблемах с сердцем и кровообращением. Лишенные оптимизма (который, как показала Лаура Кубжански, столь эффективно защищает сердечно-сосудистую систему), их сердца оказывались в буквальном смысле разбиты.

А если вообще никогда не вступать в брак? Это не защитит организм. В том же 2010 году вышла работа, перечисляющая опасности одиночества{171}. Если у вас имеются «адекватные» социальные связи, вероятность дожить до конца определенного периода для вас на 50 % выше, чем у одинокого человека. Иными словами, наличие близких друзей дает примерно тот же эффект, что и отказ от курения или значительное снижение количества потребляемого алкоголя. Исследование 2012 года, где наблюдались 2000 американцев в возрасте 50 лет и старше, показало, что хроническое одиночество коррелирует с повышением вероятности смерти (в течение периода наблюдений) почти вдвое{172}.

Но страдания от недавней утраты, скорее всего, острее, чем боль непрекращающегося одиночества. Эффект вдовства «значительно сильнее в месяцы непосредственно после смерти супруга, чем в дальнейшие годы», отмечают авторы мета-анализа, результаты которого вышли в 2011 году. Выше всего вероятность того, что вас сведут в могилу первые полгода после этого печального события. Переживите их, и риск летального исхода вернется почти к норме. Почему? Авторы предполагают, что наиболее правдоподобное объяснение связано с психонейроиммунными путями. И тут самое время погрузиться в иммунную систему несколько глубже, тем более что не за горами конец главы.

Во время болезни мы все проявляем определенные типы поведения. Чувство усталости, потеря аппетита, жар, озноб, ломота в мышцах — это воздействие не собственно вируса или бактерии, а защитных механизмов нашего организма. Причиной всех этих симптомов служат цитокины: они порождают «болезненное поведение», призванное обеспечить их достаточным количеством ресурсов, чтобы они могли хорошо выполнять свою работу. Так что они сбивают нас с ног и укладывают в постель, чтобы они могли спокойно заняться первоочередными делами, будучи уверены, что мы в этот день не побежим марафон, расходуя всю энергию организма. «Болезненное состояние — нормальный ответ на инфекцию{173}, точно так же как страх — нормальная реакция, когда перед вами хищник», — отмечает Роберт Данцер в своей статье 2008 года.

Но иногда этот «болезненный отклик» выходит из-под контроля, и невинной жертвой может оказаться наше сознание. Двадцать лет назад медики пытались резко активизировать иммунную систему пациентов, чьи опухоли упорно сопротивлялись радиотерапии и химиотерапии или чей гепатит С никак не поддавался лечению: для этого больным делали инъекцию цитокинов. В результате возникали все ожидаемые типы болезненного поведения. Однако во многих случаях возникала и депрессия. После такого открытия исследователи начали изучать состав крови страдающих депрессией, ища признаки чрезмерно активной работы иммунной системы. Такие признаки (маркеры) нашлись, но специалисты по депрессии не пожелали узнавать подробности. Данцер пишет: «Сама необычность этого открытия почему-то не вызвала интереса у психиатрических кругов».

Прошел десяток лет, и положение изменилось. Теперь нам известно, что треть тех, у кого диагностировали острую депрессию, отличаются повышенной концентрацией воспалительных маркеров в крови (таких, как цитокины). Нарушения иммунной системы и воспалительных реакций обнаружили у страдающих посттравматическим стрессовым расстройством и шизофренией. А если определенным категориям страдающих депрессией дают некоторые новейшие лекарства, содержание воспалительных маркеров у них в крови значительно снижается.

Мы все-таки начинаем понимать, что происходящее в сознании не является чем-то независимым от происходящего в нашем теле. Как отмечают работающие в Глазго ученые Раджив Кришнадас и Джонатан Каванах{174} в своей статье 2012 года, «теперь мы знаем, что мозг не относится к иммунологически привилегированным органам». Изменения в системе воспалительных реакций могут изменять и то, как работает мозг. Более того, изменения в мозгу способны приводить к изменениям в функционировании остального организма.

По большей части тут все сводится к ослаблению стресса везде, где это возможно. В статье, которую в 2003 году опубликовал Journal of Psychosomatic Medicine, показано, что практика тайчи («медитации посредством движения») способна активизировать клеточный иммунный отклик{175} на 50 %. В 1970-е годы Дэвид Шпигель из Медицинской школы Стэнфордского университета начал вместе со своими коллегами изучать влияние, которое на людей с онкологическими заболеваниями оказывает участие в группах поддержки. Ученые опасались, что, наблюдая, как другие умирают от того же недуга, пациенты упадут духом, и это может приблизить их кончину. Но вышло иначе: еженедельная часовая беседа с товарищами по несчастью{176} в особой комнате (этот процесс Шпигель назвал «поддерживающей экспрессивной групповой терапией») даже продлевала жизнь больных, как явствует из результатов исследования, опубликованных им в 1989 году. Эти люди жили на 18 месяцев дольше пациентов из контрольной группы — со сходным онкологическим заболеванием, но лишенных участия в таких групповых обсуждениях.

В то время многие скептически отнеслись к этим наблюдениям, но скептицизм постепенно сходит на нет. В своей статье 2012 года Шпигель сообщает о 8 исследованиях, подтвердивших, что психотерапия или другие виды «психосоциального» вмешательства увеличивают продолжительность жизни. Однако 6 исследований, проведенных в тот же период, не показывают такого увеличения. На основании этого Шпигель делает вывод: наихудший сценарий предполагает, что психотерапия безвредна. Наилучший — что люди живут дольше и их качество жизни улучшается, если они принимают меры для снижения уровня стресса.

Если «воли к жизни» и не существует, то существует, по крайней мере, желание прожить подольше: так утверждает психонейроиммунология. Эрик Кандель давно обозначил направления, в которых, по его мнению, должна развиваться эта область. По мере того, как мы будем все лучше разбираться в устройстве и функционировании мозга, будут расти и наши возможности использования этих сведений для того, чтобы лучше контролировать собственное здоровье. Он утверждает: то, что мы называем сознанием, на самом деле представляет собой «набор процессов, выполняемых мозгом». И добавляет: «Вполне вероятно, в ближайшие десятилетия сотрудничество между неврологией и психиатрией выйдет на новый уровень»{177}. Результатом должен стать колоссальный скачок во всем, что касается самочувствия человека.

Пока не очень ясно, можем ли мы сказать то же самое по поводу нашей следующей темы. Роль квантовой физики в биологии сейчас только начинает проясняться, и пока ничто не указывает на то, что мы когда-нибудь сумеем использовать эти идеи и находки для того, чтобы повлиять на свое здоровье. Однако они все-таки могут изменить лик технологии, а также спасти планету от катастрофических изменений климата. А значит, имеет смысл все-таки бросить на них заинтересованный взгляд.

Птица зарянка с пиратской повязкой на глазу являет собой уморительно смешное зрелище, но это украшение, судя по всему, не очень ее смущает. Во всяком случае, когда Росвита и Вольфганг Вилчко выпускают таких птиц из своей лаборатории во Франкфуртском университете имени Гёте, пернатые всегда спокойно улетают.

Эти птицы — настоящие везунчики, и не только благодаря тому, что теперь они смахивают на джентльменов удачи. Чета Вилчко освобождает своих подопытных зарянок после того, как кончается зима и птицам не терпится вернуться на север, в Скандинавию. За несколько месяцев до этого сотни миллионов птиц, не пойманных супругами, пролетели на юг, минуя Франкфурт и направляясь в Северную Африку. Каждый год, когда они пролетают над южной частью Средиземноморья, около 15 миллионов из них нелегально отлавливают и убивают, чтобы затем употребить в пищу. Больше всего виноват Кипр: певчие птицы считаются здесь деликатесом, и в хитроумных ловушках их ждет долгое, мучительное умирание, после чего они становятся блюдом под названием амбелопулия, средняя цена в ресторане — 40 евро.

Впрочем, это не значит, что птицы, зимующие во Франкфурте у Вилчко, полностью избавлены от стресса. В конце концов, им приходится терпеть унижение воронкой Эмлена — большим плоскодонным сосудом с крышкой сверху. Стенки емкости изнутри покрыты бумагой, а птица стоит на чернильной подушечке, уложенной на дно. Затем вы проделываете нечто зловредное, скажем, помещаете сосуд в центр планетария. Когда птица видит над головой звезды, она пытается взлететь, но соскальзывает со стенок, и ее лапы оставляют чернильные следы на бумаге, показывающие, в каком направлении она стремилась двинуться.

Впрочем, для того чтобы смутить пичугу, не обязательно даже иметь под рукой планетарий. Так, Вилчко регулярно использовали для этого искусственное магнитное поле. Поместив зарянку в сосуд, а сосуд в коробку, экранированную от магнитного поля Земли, Вольфганг Вилчко пропускал ток через большие витки провода, чтобы создать собственное поле, которое он мог ориентировать как угодно. Чернильные следы на бумаге показали, что зарянок удалось обмануть: осенью они пытались улететь в направлении, которое Вилчко уподоблял (в магнитном смысле) юго-западному. А при весенних экспериментах они пытались двинуться в «северо-восточную» сторону. Почему? Не исключено, что они обладают своего рода сверхъестественными квантовыми способностями.

Необычная работа Росвиты и Вольфганга Вилчко — продолжение идей, возникших более полувека назад, когда физик Эрвин Шрёдингер выпустил книгу{178} «Что такое жизнь?». Эта небольшая книжка оказала колоссальное влияние на науку и вдохновила целое поколение физиков (в том числе и Фрэнсиса Крика, одного из открывателей структуры ДНК) заняться биологией.

Подобно всем, кто терзался этим вопросом прежде, Шрёдингер не сумел дать на него достойный ответ. Но он сумел подойти к проблеме довольно интригующе. Прежде всего, утверждал он, следует разобраться с разницей масштабов между квантовыми и живыми объектами. Шрёдингер поинтересовался: «Почему наше тело должно быть таким огромным по сравнению с атомом?»

Чтобы это выяснить, нужно поближе рассмотреть одно из главных понятий квантовой теории — неопределенность. Квантовая теория вертится вокруг вероятностей, возможностей, допустимостей, всего того, что не здесь и не там, хотя при этом одновременно здесь и там. В 1943 году, когда Шрёдингер читал в Дублине курс лекций, ставший затем основой книги «Что есть жизнь?», физики подходили к квантовой теории со статистической точки зрения. Нельзя предсказать результат измерения для отдельной квантовой частицы, но если вы проведете измерения для достаточного их количества, то начнете видеть в результатах нечто закономерное, какой-то четкий рисунок. Эйнштейн отрицал такой подход: всем известно его высказывание о том, что Бог «не играет в кости» со Вселенной.

По мнению Шрёдингера, весьма примечательно, что жизнь все-таки стабильна — несмотря на всю неопределенность. Мы размножаемся, и наше потомство (если не брать в расчет редкие исключения) представляет собой нормально функционирующих существ, во многом похожих на родителей. Отдельная особь, по выражению Шрёдингера, «на протяжении поколения воспроизводит себя без существенных изменений, целыми столетиями… и каждый переход от одного поколения к следующему обеспечивается материальной структурой ядер двух клеток, сливающихся в оплодотворенную яйцеклетку». Удивительнее, добавлял он, разве что способность существ, размножающихся таким путем, собирать об этом процессе достаточно информации, чтобы понять и осуществить его.

Шрёдингер заключил: чтобы сохранять стабильность, а заодно и возможность поддержания жизни без риска обречь свое будущее на хаос, живой организм должен быть гораздо, гораздо крупнее атомов и молекул, из которых он состоит. Квантовые частицы проделывают странные вещи. Например, такая частица может одновременно находиться в двух разных состояниях — или же свойства ее могут мгновенно изменяться в тот момент, когда проводятся измерения свойств другой частицы. Подобные явления, заметил Шрёдингер, затрудняли бы гладкое протекание жизненных процессов. А значит (решил он), жизнь выстроена в столь крупных масштабах, чтобы на их фоне меркли все эти причудливые квантовые эффекты, которые она в силу размера попросту погребает под собой. Вот почему его так удивил размер гена.

Чтобы определить этот размер, биологам пришлось пускаться на ухищрения, которые должны заставить современных лаборантов возблагодарить судьбу за новые технологии. Так, одну из оценок дали путем измерения размера мушиной хромосомы. Напомним, хромосома — компонент каждого клеточного ядра: к тому времени уже довольно давно знали, что она несет в себе информацию, задающую целый ряд характеристик организма. Ученые полагали: нечто в микроскопической структуре хромосомы должно заключать в себе эти данные, так что следует разделить длину хромосомы на количество наследуемых признаков, умножить на площадь ее поперечного сечения — и мы получим приблизительное значение объема гена.

Ко второму методу расчета размера гена ученые пришли, рассматривая хромосомы под микроскопом. Самые крупные клетки (среди пригодных для исследования) они обнаружили в слюнных железах дрозофилы. Под микроскопом было видно, что хромосомы в этих клетках имеют полоски. Подсчет этих полосок дал величину, которая соответствовала оценке числа генов, полученной в ходе экспериментов по разведению дрозофил: 2000. А значит, каждая полоска была примерно размером с ген.

Оценки не отличались точностью, но они, по крайней мере, дали биологам (и заинтересованным физикам вроде Шрёдингера) некую основу для дальнейшей работы. Получалось, что гены имеют в поперечнике примерно три стотысячных доли миллиметра. Шрёдингера полученная цифра поразила: ведь это всего в одну-две сотни раз больше диаметра атома, а значит, один ген «явно не может содержать в себе больше миллиона или нескольких миллионов атомов». А это, заметил он, слишком малое число, чтобы обратить неопределенности квантового поведения в нечто «упорядоченное и закономерное». В этом-то, заключил он, и таится чудо жизни.

Шрёдингер оказался прав, хотя причины его правоты иные: чудо состоит в том, что эволюция позволила природному миру эксплуатировать квантовую теорию, а не похоронить ее под собственной тяжестью. Как любил подчеркивать Карл Саган, жизнь на Земле происходит от продуктов горения звезд. Атомы, выкованные при вспышках сверхновых, на Земле собрались воедино, образовав молекулярные механизмы, выполняющие тончайшие и сложнейшие операции, которые мы называем жизненными процессами. Жизнь добывает топливо, накапливает его, сжигает его. Жизнь воспринимает особенности среды и реагирует на них, приспосабливаясь к тому, что воспринимают ее органы чувств. Жизнь отыскивает способы воспроизводить себя. И где-то на пути к созданию этих необычайных и хитроумных процессов эволюция попыталась задействовать квантовые фокусы, доступные молекулам: способность одновременно находиться в двух местах или пребывать в состоянии «сцепленности»[12], когда две частицы, разделенные расстоянием, влияют на состояние друг друга. Некоторые из этих трюков сработали, и эволюция их сохранила.

Эволюция оказалась куда умнее, чем представлял себе Шрёдингер. Отсюда вытекает множество следствий — например лучшее из ныне существующих объяснений того, почему мы с таким отвращением относимся к запаху кишечных газов, иногда испускаемых нашими собратьями.

Во время Второй мировой войны союзники разработали целый ряд необычных видов оружия. Но, вероятно, самый странный из них — «вонючая бомба» для борьбы с живой силой противника. Ее назвали «Кто, я?». Она должна была придавать обмундированию солдат и офицеров столь отвратительный запах, что никто не в силах был бы сражаться, да и просто существовать рядом с таким бойцом. Военные химики не смогли довести состав до совершенства{179}, так что в пылу битвы его никогда не применяли. Однако это средство сейчас вновь хотят принять на вооружение.

Научно-исследовательские организации, работающие при определенных правительственных структурах США, смешали «чарующий» аромат «Кто, я?» (коктейль из вони разлагающегося трупа животного и других едких сернистых запахов) с еще одним украшением своего арсенала — «Стандартным туалетным зловонием». Кстати, американские химики предложили применять этот сверхмощный фекальный запах при проверке эффективности чистящих средств. Запах «Кто, я?» в сочетании со «Стандартным туалетным зловонием» настолько невыносим, что способен рассеять целую толпу протестующих. В армии США эту смесь (она попадает в категорию несмертоносных отравляющих веществ) называют «обезвреживающим средством». Ее планируется использовать в составе артиллерийских снарядов, чтобы вынуждать самых упорных террористов вылезать из своих укрытий и сдаваться.

Ни одно человеческое существо не выносит запаха гниющего мяса и экскрементов. И для этого есть веские основания. Эволюция оснастила нас обонянием, чтобы помочь нам сохранять жизнь. В природе эти запахи вырабатываются бактериями, которые, если их съесть в достаточном количестве, попросту вас убьют. Даже сама близость к источнику достаточно скверного запаха вызывает у нас тошноту: мера предосторожности организма на случай, если мы проглотили что-то опасное.

Одни запахи мы ненавидим, другие обожаем. «Настанет день, — говорит Лука Турин, — когда ученый или, может быть, поэт сумеет объяснить, почему мы, люди, питаем такое пристрастие к десятиуглеродным терпеновым спиртам и альдегидам». К этой категории относятся ароматы лаванды, розы, лимона. Приведенная цитата — из огромной, очень смешной и очень увлекательной книги «Запахи»{180}, которую он написал вместе с Таней Санчес, специалистом по запахам и к тому же их коллекционером. Турин — биофизик, и его зачаровывает тот факт, что нас так манят ароматы, придуманные эволюцией для привлечения насекомых-опылителей, существ, с которыми у нас, как замечает Турин, «нет видимого родства». Но в его предсказании, пожалуй, есть некоторое лицемерие, ибо сам Турин в тот момент уже приближался к разгадке. Почти наверняка эту проблему разрешит не поэт, а ученый, и этим ученым почти наверняка будет Турин, специалист по запахам (в академических коридорах предпочитают более респектабельное название — «обонятельные раздражители»). Какова же связь между насекомыми-опылителями и человеком? Ответ — квантовые носы.

В нашем носу около 450 обонятельных рецепторов, свисающих из мозга и помогающих нам обратить запаховую молекулу в сигнал, который сообщит нам о том, что нас окружает. У всех этих рецепторов разная форма, вот почему специалисты по обонянию предположили, что наш организм воспринимает запахи по принципу «ключа и замка». Идея проста: пахучая молекула служит ключом, а поскольку по своей форме этот ключ отличается от всех прочих, он подходит лишь к определенному замку-рецептору. Когда ключ вставляется в замок, цепь восприятия замыкается и в мозг посылается сигнал, который мы интерпретируем как определенный запах, связанный с этим конкретным рецептором.

Идея красивая, но у нее имеется огромный недостаток. Человек способен распознавать около триллиона различных запахов. Как такое возможно, ведь обонятельных рецепторов у нас всего 450?

Такое кажется явно невозможным. Впрочем, наука не считает этот вопрос очень уж насущным. Обонянию посвящено куда меньше исследований, чем, к примеру, зрению. Потерявших обоняние (этот недуг называется аносмией) обычно предоставляют самим себе: возможности человека при этом не так уж сильно ограничиваются, да и случается это не очень часто, так что наука и медицина обращают на аносмию не много внимания. Да и потом, медики тут мало чем могут помочь. Более того, парфюмерная промышленность подобна виноделию: она отлично знает, что и как ей делать, и все идет прекрасно, и никакие советы специалистов по обонянию ей не нужны. Короче говоря, более глубокое научное понимание запаха мало кому нужно. А значит, этой сферой мало кто занимается.

Турин был не первым, кто выразил недовольство таким положением дел. Еще в начале 1970-х некоторые ученые подчеркивали, что десятки молекул пахнут одинаково{181}, но обладают при этом весьма различным строением. Взять хотя бы запах горького миндаля: существует не меньше 75 веществ, обладающих им, и по своей молекулярной структуре они сильно отличаются, хотя с помощью одного только носа вы не сумеете разобраться, где одно вещество, а где другое. Или, скажем, осирол и E-санталол. По строению молекулы они совершенно не похожи друг на друга, но оба пахнут сандаловой древесиной. Если такие соединения не соответствуют одному и тому же рецептору, они не должны пахнуть одинаково. Во всяком случае, если гипотеза ключа и замка верна.

А есть молекулы, обладающие очень похожей формой, которые должны бы соответствовать одному и тому же рецептору, но пахнут при этом совершенно по-разному. Вот, например, ванилин и изованилин. Это зеркальные изомеры, то есть их молекулы — зеркальные отражения друг друга. Но понюхайте одно и другое вещество, и вы поразитесь, насколько по-разному они пахнут. Ванилин стал проклятием европейских вязов: запах ванилина, содержащегося в их коре, привлекал жучков, переносящих смертоносный для этих деревьев грибок. Запах изованилина гораздо богаче. Или, скажем, понюхайте R-карвон и S-карвон. Первый пахнет мятой, второй — семенами тмина. Ваш нос ни за что не спутает их, хотя эти молекулы — тоже зеркальное отражение друг друга. В чем же дело?

Объяснение существует, и оно возникло еще раньше, чем гипотеза ключа и замка. Его выдвинул исследователь по имени Малькольм Дайсон{182}, явно с пристрастием относившийся к теме запахов: во время Первой мировой он попал в газовую атаку, а после этого некоторое время занимался горчичным газом и фосгеном, используя свои познания в химии для того, чтобы менять расположение атомов в молекуле этих веществ. Дайсон заметил, что такие процедуры могут резко менять и запах вещества. Ученый решил, что дело тут в молекулярных вибрациях. Он знал, что связи между атомами в молекуле обладают «упругостью»: каждая связь колеблется с определенной частотой. И в 1937 году Дайсон провозгласил, что его нос, скорее всего, ощущает изменения «осмической частоты» молекул.

Идея тогда не привлекла особого внимания, но она представляется разумной. В конце концов, другие наши органы чувств проделывают то же самое. Мы различаем цвета, поскольку рецепторы в наших глазах настроены на разную длину волны света: световые волны попадают на сетчатку, и мы различаем их между собой благодаря разной частоте колебаний электромагнитного поля. Слух тоже основан на колебаниях: волоски в нашем внутреннем ухе способны улавливать колебания давления, которое оказывает на них звуковая волна, поступающая в ухо. Сопрано порождает более быстрые колебания, а баритон — более медленные. Однако человек способен видеть и слышать лишь определенный диапазон колебаний. Другие животные видят и слышат иные частотные диапазоны. Может быть, все это верно и для обоняния?

Гипотеза Дайсона кажется еще более убедительной, если мы вспомним, например, что запах тухлых яиц имеют лишь две группы веществ — меркаптаны (в которых тиоловая группа — SH связана с атомом углерода)[13] и бораны, в состав которых входят атомы бора и водорода. Между ними нет ничего общего, кроме совершенно идентичной частоты молекулярной вибрации. Как выражается Турин, «это чудо нельзя объяснить простым совпадением»{183}.

Но, к сожалению, гипотезу Дайсона мало кто заметил. Когда кто-то предложил механизм «ключ — замок» применительно к запаху, это показалось более наглядным, чем какие-то там вибрации, так что эта идея быстро опередила конкуренток. А вот Турин убежден, что гипотеза ключа и замка ничего нам не откроет. По его словам, пора вернуться к вибрациям Дайсона, только уже в квантовом аспекте.

Гениальность подхода Турина в том, что ученый предложил рассмотреть пару каких-нибудь молекул, идентичных по структуре при исследовании почти всеми методами, однако почему-то пахнущих по-разному[14]. И он нашел такую пару: ацетофенон и ацетофенон-d8.

Это два соединения даже больше похожи друг на друга, чем обычные изомеры. Никакой химик не сможет их отличить своими методами. Если посмотреть на них в сверхмощный микроскоп, тоже не увидеть разницы. Молекулы этих веществ отличаются лишь совершеннейшим пустяком. Атомы водорода в ацетофеноне имеют в ядре лишь по одному протону. Атомы же водорода в ацетофеноне-d8 представляют собой «тяжелый водород» (дейтерий), то есть к протону в них добавлен нейтрон. Такие молекулы называют дейтерированными.

Пожалуй, это едва ли не самое тонкое различие, какого вообще можно добиться в подобных случаях, но оно имеет большие последствия, особенно с точки зрения вибраций. Изучая компоненты молекулы, можно определить естественную частоту колебаний ее связей. К примеру, связь углерод — водород в обычном ацетофеноне вибрирует с одной, определенной частотой, а у дейтерированного ацетофенона аналогичная связь (углерод — дейтерий) колеблется с другой частотой.

Нейтрон в дейтерии заставляет эту связь вибрировать с той же частотой, что и связь углерод — азот. Тут весьма любопытно отметить, что дейтерированный ацетофенон сильнее пахнет горьким миндалем, а ведь бензонитрил, знаменитый своей связью углерод — азот, считается классическим веществом для создания запаха горького миндаля.

Между дейтерированным и недейтерированным ацетофеноном есть и другие различия в смысле запаха. Если верить Турину, обладателю тренированного носа, нейтрон в дейтерии придает аромату дейтерированного вещества больше фруктовых тонов, и оно «меньше отдает толуолом, чем обычный ацетофенон». Влияние дейтерирования на запах вещества может показаться нам слишком слабым и субъективным, однако для дрозофил такое различие — как удар обухом по голове. В 2011 году Турин и его коллеги опубликовали статью, где описывали, как они избрали плодовых мушек в качестве «объективных и беспристрастных подопытных животных»{184}, чтобы выяснить наконец разницу между вибрационным механизмом и тем, который описывается гипотезой ключа и замка. Выяснилось, что дрозофилы явно способны различать не только изомеры, но и два ацетофенона — обычный и дейтерированный. Исследователи не сомневались: «Дрозофилы чувствуют молекулярные вибрации по запаху». Но любопытнее всего то, что эта гипотеза вибрационного обоняния работает лишь благодаря квантовой теории.

Согласно квантовым постулатам, электроны в атоме могут иметь лишь определенные энергии. Если вы хотите, например, запустить в мозг электрон, несущий какой-то сигнал, вам нужно наделить эту частицу строго рассчитанной дозой энергии — не больше и не меньше. То же самое правило касается и фотоэффекта, за который Альберт Эйнштейн в свое время получил Нобелевскую премию. Он показал, что электроны можно выбивать с поверхности металла световым излучением с определенными значениями энергии. При неправильно подобранной величине энергии (ниже или выше нужной) никакого электрического тока не будет, и неважно, сколько фотонов ударятся в поверхность. Мы знаем, что этот эффект квантования (в данном случае — особой обработки сигналов) проявляется и в вибрациях связей в молекуле. Для того чтобы сдвинуться с места, этим связям требуется некоторое минимальное количество энергии. Если доза будет меньше, они останутся в упрямой неподвижности.

Турин предположил: эти квантовые ограничения означают, что молекула, захваченная обонятельным рецептором, будет включать его лишь в том случае, если существует резонанс между вибрационной энергией связей молекулы и той энергией, которая требуется для того, чтобы рецептор подал сигнал мозгу. Если такой резонанс есть, электрон сможет выполнить квантовый маневр между молекулой и рецептором, породив каскад сигналов, которые мозг интерпретирует как определенный запах.

Но эта идея пока остается недоказанной (по крайней мере, с точки зрения специалистов по запахам). Барьеры в серьезной науке высоки, и прежде чем гипотезу о квантовой природе запахов примут (правда, она является единственной, которая объясняет все наблюдаемые факты, но этого недостаточно), Турину придется продемонстрировать квантовые свойства обонятельного рецептора, то есть показать, что его могут стимулировать колебания одной, но не другой частоты. Это сложнейшая задача, но Турин над ней работает.

Следует еще раз подчеркнуть, что без этого квантового объяснения мы вообще не понимали бы, что же такое запах. Сторонники квантовой биологии считают эту гипотезу аргументом номер один. Но если посмотреть в окно, можно частенько увидеть в нем аргумент номер два — скромный листок дерева.

При случае обязательно прочтите очень красивый и трогательный рассказ Сары Мейтленд{185} «Повелительница мха». Там описывается встреча ботаника (борода которого «напоминает цветом папоротник, загубленный зимней стужей») со странным волшебным существом, которому подчиняются все мхи в лесу.

Во время разговора с ботаником Повелительница мха произносит одну мучительно-прекрасную фразу. Она родилась в этом лесу и говорит ботанику, как ей грустно, что эволюция оставила ее в одиночестве и не дала возможности создать себе спутников — хоть с помощью клонирования. «С этой эволюцией вечно так — не знаешь, где найдешь, где потеряешь», — говорит она. Автор сообщает, что в конце концов мхи и их повелительницы смирились со своим униженным положением в природе. «Как и мхи, мы ни с кем не соревнуемся: если что, мы просто отступаем».

«Находки и потери» эволюции заставили мхи отступить перед лицом того, что мы теперь принимаем как должное. Речь идет о самом обыкновенном листе. Для нас он служит источником жизни, поскольку отдает нам накопленную им энергию в форме, которую мы можем усвоить. Трудно себе представить, как мы (и другие животные) смогли бы так продвинуться по эволюционному древу, если бы в природе не существовало листвы.

Как выясняется, лист растения — сложнейшее технологическое устройство. Свет попадает на лист квантовыми энергетическими пакетами — фотонами. За каждую секунду, проведенную под ярким солнечным светом, лист получает тысячи триллионов фотонов. И почти каждый из «красных» фотонов (то есть представляющих красную часть светового спектра) улавливается, а его энергия преобразуется.

Проследим путь этой энергии по растению. Первая остановка — так называемая светособирающая антенна. Она состоит из сотен тысяч молекул хлорофилла. Фотоны ударяют в электроны хлорофилла, приводя их в «возбужденное состояние». Получив эту порцию энергии, электроны перемещаются сквозь антенну в так называемую мостиковую область. Молекулы хлорофилла в ней напоминают сложное переплетение веревочных мостов. Если вы сумеете пробраться через них, то попадете в важнейшую зону — «реакционный центр».

Оказавшись в реакционном центре, электрон создает в нем локализованный заряд, который, по сути, и представляет собой энергию, пригодную для хранения. (Именно поэтому полностью заряженный аккумулятор — такой полезный источник питания.) На данном этапе энергия помещена в надежное хранилище и готова для того, чтобы ее использовало растение. Есть лишь одна загвоздка: до реакционного центра почти невозможно добраться.

Преодолеть мостиковую область невероятно трудно, для электрона это настоящий кошмар. Лабиринт качающихся веревочных мостов поглотит всю энергию, принесенную фотоном, если на поиск реакционного центра уйдет слишком много времени: у пакета энергии есть всего около 1 наносекунды на то, чтобы пересечь эту зону. Некоторые частицы, случайно найдя верный путь, могут успеть вовремя, но большинство не успеет. Здесь-то и вступают в игру квантовые трюки, которые изучает команда Грегори Скоулза.

Скоулз — не какой-то там замшелвй ботаник, не вылезающий из лесов, и он не может похвастаться бородой цвета зимнего папоротника. Заглянув на сайт его научной группы, можно узнать, что Скоулз щеголяет в ботинках «Прада» и носит «рубашку, как у порноактера»{186}. Комментарии от студентов и студенток — самые разные: и восхищенные («Пир для глаз!», «Да здравствует „Дольче и Габана“ — и физхимия!»), и насмешливые. Одна студентка замечает: может быть, Скоулзу «лучше было бы преподавать теорию моды, а не химию… Слишком уж у него штаны обтягивающие, меня это всегда отвлекает». Для серьезного лектора это не лучшая рекомендация. Впрочем, нет никаких сомнений, что его исследования порождают волну интереса.

Статья, которую группа опубликовала в Nature в 2010 году, не уточняет{187}, сам ли Скоулз ездил на торонтский пляж, чтобы добыть какую-то зеленую слизь из вод озера Онтарио. Возможно, он послал кого-то другого проделать всю грязную работу. Так или иначе, когда эти водоросли удалось доставить в лабораторию, из них извлекли те компоненты, которые и превращают свет в накопленную энергию. Затем их облучили лазерными импульсами, чтобы имитировать попадание солнечного света, и измерили время прохождения энергии через эту систему. Выводы? «Приходится предположить, что энергия поглощенного света одновременно находится в двух местах».

По-научному это странное явление называется квантовой суперпозицией. Оно вполне укладывается в математические основы квантовой теории, описывающие положение частицы через вероятность ее нахождения в различных местах. И в определенных ситуациях частица может занимать в данный момент времени не одну позицию, а больше. Как выясняется, чтобы достичь этой удивительной эффективности фотосинтеза, водоросли и их эволюционные потомки — растения — применяют квантовую суперпозицию, чтобы энергия шла к реакционному центру по всем возможным путям одновременно. И тогда она всегда будет добираться вовремя.

Насколько мы понимаем, когда фотон солнечного света ударяет в лист, энергия фотона передается электронам молекул хлорофилла, содержащихся в листе. Эти возбужденные электроны движутся к реакционному центру не какими-то произвольными скачками (как считалось раньше), а с использованием своей квантовомеханической способности одновременно занимать все доступные маршруты. Как выяснилось, подобный же трюк применяют некоторые бактерии, например Chlorobium tepidium. Судя по всему, они тоже используют квантовую суперпозицию для доставки энергии в реакционные центры своего аппарата фотосинтеза.

Это очень вдохновляющее открытие, ибо оно заставляет предположить: а может, и мы сами на такое способны? Лиственные растения одержали победу над мхами отчасти благодаря тому, что у них гораздо больше оборудования, выполняющего фотосинтез. Если уж неряшливый биологический мир сумел на полную катушку задействовать этот квантовомеханический фокус методом эволюционных проб и ошибок, то нам, быть может, удастся целенаправленно добиться того, чтобы ту же самую штуку проделывали наши солнечные батареи.

Несмотря на все усилия специалистов, мы мучаемся с низкой эффективностью преобразования света в электричество куда дольше, чем ожидалось. Нынешнее поколение фотоэлектрических панелей способно превращать только примерно 20 % падающего на них света в электричество. Этот КПД можно поднять примерно до 35 % — если вы готовы заплатить 100 тысяч долларов за квадратный метр ваших солнечных батарей. Не так-то просто измерить эффективность превращения света в электричество (то есть, по сути, измерить движение возбужденных электронов) для растения{188}, но этот параметр, похоже, составляет около 90 %! И это при слабом солнце! А главное, эволюция не заплатила за это ни цента.

Следует отметить, впрочем, что фотосинтез не превращает 90 % света, попадающего на лист, в запасы химической энергии. Если говорить лишь о запасах, то эффективность составит всего около 5 %. Однако флора обладает возможностью значительно увеличивать этот КПД: обычно растения не накапливают больше энергии, чем им необходимо, а при ярком солнечном свете потенциальная эффективность преобразования столь высока, что в процессе эволюции нашим зеленым друзьям пришлось даже разработать механизмы для отвода некоторой части энергии, чтобы не перегреться.

Конечно, Эрвин Шрёдингер высказал очень глубокую мысль, предположив, что биологическая клетка должна действовать в достаточно больших пространственных масштабах, дабы избежать негативных эффектов квантовой теории. Но ему никогда не приходило в голову, что эффекты квантовой странности могут иметь позитивный характер и приносить пользу — и играть важнейшую роль для всех нас. По-видимому, именно квантовая странность позволяет растениям брать энергию у Солнца и накапливать ее в своих клетках. Эта запасенная энергия — основа жизни на Земле: почти каждое живое существо зависит от растительной пищи, а этот урожай, в свою очередь, зависит от квантовой странности.

Я знаю, о чем вы думаете: что все это совсем не так странно, как зарянка с пиратской повязкой на глазу. Ну что ж, пора вернуться к птичкам четы Вилчко.

Если вы хотите представить себе, как выглядит Вольфганг Вилчко, вообразите Санта-Клауса. Это даже уместно, не зря же зима играет такую важную роль в его исследованиях. Первую масштабную статью, показывающую, что зарянки во время своего зимнего перелета на юг руководствуются магнитным чутьем, Вилчко выпустил еще в 1965 году. Но та, на которую он ссылается сам, вышла в 1968-м{189}. Он написал и опубликовал ее на своем родном немецком. Заглавие примерно переводится так: «О влиянии статических магнитных полей на миграционную ориентацию зарянки».

Мудря со своими искусственными магнитными полями, создаваемыми вокруг воронки Эмлена с зарянкой внутри, Вилчко сумел совершить целый ряд совершенно неожиданных открытий.

Во-первых, компас зарянки — не то, что наш. Наш указывает на северный магнитный полюс, а вот зарянка от природы оснащена компасом, который ощущает, как магнитное поле ориентировано по отношению к поверхности Земли. Двигаясь на север, птица следует направлению линий магнитного поля (зон, где оно обладает постоянной напряженностью: представьте себе что-то вроде концентрических контуров на карте), устремленных вниз. Двигаясь же в сторону экватора, птица следует направлению линий магнитного поля, устремленных прочь от поверхности Земли.

Потом ученый с удивлением заметил, что зарянка способна ощущать напряженность магнитного поля лишь в узком диапазоне. Если сделать поле слишком слабым, способность птицы ориентироваться исчезнет. Любопытно, что дело тут не в каком-то пороге чувствительности: если поместить птицу в слишком сильное магнитное поле, происходит то же самое.

А затем чета Вилчко обратила внимание на то, что зарянке требуется для ориентации некоторое количество света. И это свет определенного оттенка — голубовато-зеленый. И наконец — совсем уж странное наблюдение: этот свет должен падать на правый глаз птицы. Здесь-то и пригодилась та самая повязка. Прикройте птице левый глаз, и она по-прежнему сможет ориентироваться в пространстве. Но если вместо него прикрыть правый, она заблудится!

Прослышав про эти результаты, к супругам Вилчко стали захаживать специалисты по квантовой физике. Пока лишь они сумели предложить связное и логичное объяснение всех наблюдений пары. Потому-то в 2010 году супруги и отправились в Брюссель вместе с Торстеном Рицем.

Риц тоже немец, хотя сейчас его место работы — Калифорнийский университет в Ирвайне. Как и он, Вольфганг с Росвитой приехали в Брюссель, чтобы принять участие в очередной Сольвеевской конференции по химии. Сольвеевская конференция — весьма престижное мероприятие. На Первой Сольвеевской конференции (по физике, в 1911 году) Альберт Эйнштейн, Анри Пуанкаре, Мария Кюри и другие видные ученые обсуждали необходимость объединения классической и квантовой физики. На Пятой Сольвеевской конференции по физике Эйнштейн выразил свое неприятие статистической природы квантовой теории, заявив, что Бог не играет в кости со Вселенной.

На Сольвеевской конференции по химии 2010 года предполагалось обсудить не столько проблему, сколько интригующую возможность{190}. Тема конференции звучала так: «Квантовые эффекты в химии и биологии». По просьбе председателя Риц и чета Вилчко изложили свои наблюдения, идеи и доводы (происходило все это в зале «Эксельсиор» роскошного отеля «Метрополь»). В заключение ученые заявили: для объяснения птичьей навигации, по-видимому, следует обратиться к квантовой механике.

Чтобы разобраться в проблеме, начнем с явления фосфоресценции. Может быть, у вас или у кого-то из ваших домочадцев имеется набор звездочек, которые испускают слабое и загадочное сияние в течение долгого времени после того, как выключить электрический свет. Это и есть фосфоресценция. В ее основе — квантовые эффекты.

Атом способен запасать световую энергию и затем медленно отдавать ее лишь в том случае, если он обладает определенной конфигурацией электронов, окружающих его ядро. Нужно, чтобы один из электронов, поглощающих энергию света, перешел в так называемое триплетное состояние. Представьте себе, как электрон использует эту энергию, чтобы вскарабкаться на некую гору и затем прогуливаться по вершине. Вы знаете, что рано или поздно он свалится обратно «на землю», испуская при этом небольшую порцию световой энергии, но это не происходит сразу. Интервал времени, через который упадет электрон, носит случайный характер: та же самая случайность определяет, как происходит испускание радиоактивных частиц комком молекул урана. Вероятность такого «распада» в течение заданного времени определяется уравнениями квантовой теории.

Согласно гипотезе Рица, в глазу зарянки тоже происходит что-то подобное фосфоресценции. Энергия упомянутого нами голубовато-зеленого света (и только его) как раз достаточна для того, чтобы перевести электрон в триплетное состояние. Откуда же берется этот электрон? Из криптохромов, белковых молекул, имеющихся в птичьей сетчатке: они реагируют на электромагнитное облучение, давая электрические сигналы. У растений тоже есть такие белки: они позволяют цветам поворачиваться к солнцу, а некоторые виды растений используют криптохромы для реагирования на магнитные поля.

Электрон, проделывающий эту работу в криптохроме, изначально существует в составе пары. Это так называемая «радикальная пара», делающая свою молекулу-хозяйку чрезвычайно реакционноспособной. Когда один электрон под действием голубовато-зеленого света переходит в триплетное состояние, эти два электрона оказываются физически разделены: их положение отличается сильнее, чем прежде (хотя все равно не очень сильно). Однако они продолжают оставаться связанными между собой, сохраняя так называемую «сцепленность»: сделайте что-нибудь с одним, и состояние другого тотчас изменится. Поэтому при помещении в магнитное поле они будут существовать в областях с чуть отличающейся интенсивностью и ориентацией. Это создает между ними своего рода квантовое напряжение. Возможно, благодаря ему и возникает у птиц их магнитное чутье.

Первые исследователи этой идеи полагали, что электрон в возбужденном состоянии быстро «скатывается» обратно на исходную позицию, испуская энергетический импульс, который птица преобразует в какой-то сигнал. Но затем эксперименты показали, что радикальная пара существует необычайно долгое время{191} (по квантовым масштабам) — десятки микросекунд. А значит, подобные энергетические импульсы будут происходить недостаточно часто, чтобы их можно было использовать.

Похоже, лучшее из имеющихся на сегодня объяснений таково: долгоживущее напряжение между двумя электронами дает зарянке более полную картину мира в режиме реального времени. Современные исследователи предполагают, что магнитное поле, возможно, видится птицам как некое искажение обычных зрительных впечатлений{192}.

Можете попробовать ощутить что-то подобное, раздобыв чистый лист белой бумаги и фильтр, поляризующий свет. Или просто откройте пустой вордовский документ на экране вашего ноутбука: у ЖК-экранов есть встроенный поляризатор. Схема расположения молекул лютеина (детектирующих синий свет) на вашем глазном дне указывает на то, что иногда вы способны детектировать поляризованный свет так же, как зарянка, возможно, улавливает магнитное поле. Глядя какое-то время на белый поляризованный свет, некоторые люди увидят в поле зрения бледно-желтую фигуру, напоминающую галстук-бабочку. Эту иллюзию называют щеткой Гайдингера. Если вы повернете экран или поляризатор на 90°, то увидите (возможно), как «галстук-бабочка» поворачивается вместе с ним. Фигура словно бы накладывается на все, что вы видите (как в некоторых устройствах, используемых пилотами и дорогими системами спутниковой навигации).

Где-то в эволюционном прошлом наши предки утратили способность ощущать магнитные поля. Поляризованный свет мы тоже почти не умеем отличать от обычного. Однако другие животные сохранили эти необычайные для нас способности и используют их (по крайней мере, в данном случае), чтобы выжить в суровую зиму. Несмотря на все догадки Шрёдингера, эволюция все-таки, похоже, сумела приспособить квантовую теорию к делу.

Сама эта возможность очень вдохновляет. Мы уже упоминали, что данное открытие способно помочь нам в создании более эффективных солнечных батарей. А еще — в создании настоящих, применимых на практике квантовых компьютеров. Эти сверхмощные машины, о которых мы подробнее поговорим в одной из следующих глав, используют квантовые явления — суперпозицию и сцепленность. Но тут легче сказать, чем сделать.

Мы с большим трудом пытаемся обрести контроль над квантовым миром: пока он более или менее подчиняется нам лишь в особых лабораториях, где квантовые системы изолированы от всех возможных возмущений. Вибрации от проходящего транспорта следует тщательно отфильтровывать, к тому же наши квантовые расчеты применимы лишь к тем случаям, когда задействованные в эксперименте атомы находятся при абсурдно низких температурах, близких к абсолютному нулю (−273 °C), то есть когда все молекулярные вибрации замирают и ничто не обладает энергией, способной потревожить деликатные квантовые состояния материи, сцепленные друг с другом и выполняющие подвиги суперпозиции. Мы придумываем хитроумнейшие способы наблюдения за квантовыми микросхемами — так, чтобы система не потеряла информацию из-за нашего воздействия. Такая потеря разрушит суперпозицию еще до того, как нужное нам вычисление (которое проводит этот квантовый компьютер) будет завершено.

А зарянка ухитряется преспокойно прокладывать себе путь из Европы в Северную Африку и обратно без всяких подобных ухищрений. Если птичка использует квантовые фокусы для ориентации в мире и ей при этом не нужны ни громоздкие рефрижераторы, ни сложнейшие системы подвесок, ближайшее десятилетие исследований в сфере квантовой биологии, возможно, продвинет нас дальше, чем любые тонкие инженерные решения прошлого. Пока же давайте перейдем к еще одной области влияния квантовой теории на биологию. Оказывается, мы лишь голограммы, проецируемые с края Вселенной. Поберегите рассудок: сейчас его хорошенько встряхнет этот новый взгляд на космическую реальность.

Иногда, в особенно душный сингапурский вечер, когда тяжело дышится, Влатко Ведрал приходит на набережную Кларка и сидит на веранде бара: на столике стакан виски, в руке — сигара. После наступления темноты набережная кипит жизнью: она переполнена молодежью и офисным людом, только что вышедшим на волю из своих бизнес-небоскребов, сияющих сталью и стеклом. Все здесь очень красиво освещено и все (как и повсюду в Сингапуре) очень чисто и полезно для здоровья. Играют дети, которым разрешили подольше не ложиться спать: они смеются и горланят, когда из специальных форсунок, вмонтированных в большой круглый диск, находящийся в центре набережной, в непредсказуемые моменты взлетают вверх струи воды. Из баров доносится музыка, прерываемая пронзительными вскриками тех, кто отваживается взлететь при помощи резинового каната-банджи, который с ошеломляющей скоростью запускает их в низкое небо.

Ведрал, высокий, задумчивый физик, серб по происхождению, наблюдает все это из полумрака, царящего возле бара «Хайлендер». Можете быть уверены: если Ведрал не спит, значит, он размышляет. Так и сейчас. Пока высушенные клетки табачного листа постепенно выгорают, он размышляет — главным образом об информации.

«Законы природы — это информация об информации{193}, а за пределами всего этого — лишь тьма. Это врата к пониманию реальности». Так Влатко Ведрал говорит о Вселенной. Информация, утверждает он, во Вселенной является куда более важной и фундаментальной величиной, чем материя или энергия. По его мнению, она оказывает на нас глубочайшее влияние, ибо мы обрабатываем, синтезируем и наблюдаем информацию для того, чтобы конструировать окружающую реальность.

По мнению Ведрала, информация — всё, и всё — информация. Взять хотя бы эту сигару: если он пожелает описать листья, из которых она состоит, ему придется передать много информации об особенностях их структуры. Сжигание листьев равнозначно удалению информации о том, как их клетки соединены вместе. Такой процесс увеличивает неупорядоченность во Вселенной. В Сингапуре, одном из самых упорядоченных городов планеты, курение Ведрала смотрится прямо-таки актом протеста.

Интерес Ведрала к информации зародился еще в 1994 году, когда ему попался лаконичный тезис: «Информация материальна». Думая об информации, мы обычно представляем себе нечто абстрактное: скажем, экзаменационную оценку или фрагмент новостей. Но эти новости каким-то образом зашифрованы нейронами вашего мозга. А чтобы в него попасть, их закодировали в виде написанного текста — красителем по бумаге или пикселями на жидкокристаллическом экране компьютера. Проследите за историей этой информации, и вы увидите, что данные никогда не были абстрактными, они всегда были закодированными. Когда-то они носили чисто электронный характер: их носителем служил рисунок электронов, движущихся в электрической цепи микросхемы в компьютере. А до этого их передавали по оптоволоконным кабелям — как определенные характеристики лазерных пучков. Информация материальна. Всегда.

«Информация материальна» — боевой клич ныне покойного Рольфа Ландауэра{194}. Среди физиков Ландауэр известен также своим наблюдением, гласящим, что информация стирается. Свет, который принес к вам новости, уже не существует: его энергия перешла в другую форму, и вся соответствующая информация исчезла. Этот процесс стирания, отмечал Ландауэр, требует затрат энергии и вносит вклад в скатывание Вселенной к хаосу. В этом и состоит принцип Ландауэра, равно приложимый и к прессованным табачным листьям, мирно тлеющим в руке Влатко Ведрала, и к мыслям, блуждающим в его сознании, и к тому, что происходит, когда человеческий мозг (как это случилось с Ландауэром) пожирает раковая опухоль. Этот закон применим и к результату падения миллиона звезд в неумолимые объятия черной дыры, и к результату растворения кубика льда в стакане виски. Информация теряется везде, всегда, постоянно. Именно из-за этого некоторые из самых блестящих умов человечества пришли к шокирующим выводам, размышляя о том, кто мы и где мы находимся. Мы, утверждают эти ученые, пребываем внутри гигантского компьютера, который и называем Вселенной.

В юго-восточном углу созвездия Стрельца, скрытое за облаками межзвездной пыли, таится чудовище — черная дыра под названием Стрелец А*(так и произносится: «Стрелец А со звездочкой»). Саму по себе мы ее увидеть не можем. Мы знаем о ее существовании лишь по ее воздействию на близлежащие звезды. Например, одна из таких звезд (астрономы это наблюдают) вращается по круговой орбите вокруг этой черной области Млечного Пути со скоростью 5000 км/с. Астрономы сумели увидеть десяток подобных объектов, характер движения которых вокруг одной и той же зоны черноты наводит на мысль: то, что находится в этом небольшом сгустке мрака на расстоянии 26 тысяч световых лет от нас, имеет колоссальную массу.

Черные дыры — вещь потрясающая. Они обладают настолько огромной плотностью, что их гравитационное поле затягивает все, что подойдет к дыре слишком близко. Ни для материи, ни для света отсюда нет выхода после того, как они пересекут «горизонт событий», своего рода линию невозврата. Стрелец А*— особенно крупная черная дыра: ее называют сверхмассивной. По массе она примерно в 4 миллиона раз превосходит наше Солнце. За время своего существования она поглотит миллионы, а может, и миллиарды звезд (и, возможно, планет тоже), притянув их своей неумолимой гравитацией. Странно и подумать, что этот монстр будет там не всегда.

В 1974 году, в том же году, когда открыли Стрельца А*, Стивен Хокинг провел мысленный эксперимент{195}. Объединив все, что было тогда известно о черных дырах и о квантовой теории, он сделал открытие, которое всех поразило.

Одна из главных особенностей квантовой механики — то, что ее объекты не наделены строгой определенностью существования: они, «вероятно», находятся в данном месте, если вам случится туда посмотреть. В квантовом мире вы вполне можете положить книгу на стол и увидеть, как она падает на пол, ибо стола рядом с вами больше нет. Это событие крайне маловероятное, однако оно все-таки возможно. Возможно и внезапное появление частиц из ниоткуда. Звучит нелепо, но принцип неопределенности, властвующий в квантовой теории, гласит, что это может происходить и что это происходит. Повсюду во Вселенной, в том числе и прямо у вас под носом, прямо сейчас, пары частиц (частица — античастица) возникают на крошечную долю секунды, а потом их недолгое существование прекращается, когда они взаимно аннигилируют, снова оставляя пустой эту маленькую область пространства.

И вот Хокинг задумался: а что произойдет, если такие пары частиц возникнут на горизонте событий черной дыры? Большинство встретятся и аннигилируют. Но может появиться и пара частиц, как бы оседлавшая этот горизонт. Та, которая окажется на внутренней его стороне, будет утянута к центру черной дыры, навстречу своей гибели. Та же, что окажется на внешней кромке горизонта событий, улетит на свободу. И получится, что черная дыра испустила небольшую частицу.

Хокинг осознавал, что это идея революционная. Если черная дыра на протяжении миллиардов лет своего существования испускает поток частиц, энергия этих частиц должна откуда-то браться. А значит, рассудил он, черная дыра будет постепенно лишаться энергии, что заставит ее съеживаться. И в конце концов, решил он, черная дыра попросту испарится, обратившись в ничто.

Если Стрелец А*действительно будет постепенно исчезать, перед нами встает еще один заманчивый вопрос. Когда дыры не станет, что случится со всей той информацией, которую она поглотила за свою жизнь? На этот вопрос у ученых ответа пока нет.

«Как всем нам известно, Стивен — самый упрямый и невыносимый человек во Вселенной»{196}. С этой фразы Леонард Сасскинд решил начать свою торжественную речь, посвященную 60-летнему юбилею Стивена Хокинга.

Впервые они встретились в доме Вернера Эрхарда. Компания, что и говорить, подобралась странная. Эрхард, по мнению Financial Times, стал «первым американским гуру аутотренинга»{197}. Он прославился тем, что ухитрился завлечь таких знаменитостей, как Шер, Джон Денвер и Дайана Росс, в свою программу преодоления жизненных тягот. Эрхард опирается на дзен-буддизм и идею о том, что лучше сосредоточиться на том, что у нас есть, чем беспокоиться о том, чего у нас нет. А еще он пустил в оборот фразу «спасибо, что поделились», призванную поощрять тех, кто предлагает собственные идеи для общего блага.

Эрхард — большой поклонник физики. Ему с давних пор нравилось собирать у себя физиков и слушать их беседы друг с другом: возможно, он надеялся впитать кое-какую научную мудрость. Как выяснилось, он и сам сумел вдохновить некоторых ученых. В 1981 году Хокинг и Сасскинд оказались среди гостей на одном из таких сборищ. Они разговорились о громком заявлении Хокинга насчет того, что с гибелью черной дыры информация просто испарится. Хокинг не просто заявил об этом: он доказал это математически. Но Сасскинд отказывался принять его доказательство. Он сказал об этом Хокингу. Тот улыбнулся и все равно провозгласил, что прав. Вряд ли Сасскинд, этот кипящий котел интеллекта, с бородой и пронзительными глазами, сказал Хокингу «спасибо, что поделились».

В следующие два десятка лет Зюскинд отчаянно пытался доказать, что Хокинг ошибается. Результатом этих титанических усилий стало неожиданное открытие: наша Вселенная — эфемерная, призрачная иллюзия. Да, стол действительно может мгновенно прекратить свое существование, хоть это и маловероятно. Мало того: как выясняется, стол (и вообще всё вокруг вас) — просто голограмма.

Голограммы — довольно хитрые штуки, их так просто не ухватишь (во всех смыслах). Пользуясь некоторыми свойствами света, они обманывают ваши глаза, вынуждая поверить в реальность предмета. И они приводят сознание в замешательство, когда мы пытаемся понять, как они сделаны, не погружаясь при этом в математические характеристики света. Грубо говоря, голограммы вбирают в себя всю доступную информацию о том, насколько далеко отстоят друг от друга различные точки на поверхности объекта, определяя разницу расстояний, которые необходимо преодолеть свету по пути от этих точек к вашему глазу. Вся эта информация кодируется в световых лучах, испускаемых лазерами. Эти лазерные лучи и создают голограмму, и их взаимодействие создает иллюзорное впечатление, что предмет находится перед вами.

При слове «голограмма» вам, быть может, вспоминается тот момент в «Звездных войнах», когда робот R2-D2 проецирует голограмму принцессы Леи. Но мы понимаем: это просто изображение, представление принцессы. Если мы — и вся наша реальность — лишь голограмма, то где находится ее источник? Откуда идет это проецирование? Где наш R2-D2? И где подлинные мы? Ответ на этот вопрос (по крайней мере, тот ответ, который заставил Стивена Хокинга передумать) дал скромный аргентинский физик Хуан Малдасена.

Много лет Хокинг с Сасскиндом спорили, исходя из противоположных точек зрения и не желая идти на компромисс. По словам Сасскинда, несносный Хокинг приводил его в ярость дразнилками, годными разве что для детской площадки: «Я прав, а ты нет». В интервью, которое он в 2008 году дал газете Los Angeles Times, Сасскинд признался{198}: «Я его очень люблю, но иногда мне хотелось ухватить его за ворот и встряхнуть». А потом Хуан Малдасена помог им выбраться из тупика.

Малдасена занимается теорией струн, которая пытается, используя математику (в том числе геометрию), показать, как из чистой энергии могут возникать строительные блоки Вселенной. Есть надежда, что струнники сумеют построить своего рода теоретическую вселенную, которая будет выглядеть и вести себя точно так же, как настоящая. Если им это удастся, такая модель, возможно, прояснит кое-какие вопросы о нашем происхождении.

В 1997 году Малдасена совершил на этом пути огромный шаг вперед{199}, хотя на первый взгляд, может быть, его достижение не так уж впечатляет. Он создал действующую модель струнной вселенной с пятью пространственными измерениями (как известно, в нашем мире их всего три). Затем он показал, что в этой пятимерной вселенной законы физики соблюдаются точно так же, как и во вселенной, где пространственных измерений всего четыре. Любопытно: подобно тому, как двухмерная поверхность шара окружает трехмерный объект, эти четыре измерения образуют своего рода оболочку, которая заключает в себе пятимерную вселенную.

Если законы физики на такой поверхности эквивалентны законам физики внутри объекта, значит, вся информация о данном объекте содержится на его поверхности. Это как если бы обнаружилось, что кожура яблока содержит все сведения о том, что находится внутри плода: о мякоти, косточках и т. п. Иными словами, все свойства и характеристики объекта можно разместить на его внешней поверхности.

Наверняка Сасскинда (тоже, между прочим, специалиста по теории струн) рассердило, что Малдасена вынудил Хокинга изменить мнение. В конце концов, Сасскинд много лет рассуждал примерно так же. Он стал одним из первых, кто предположил наличие связи между физикой внутренней части черной дыры и физикой ее поверхности, выдвинув гипотезу о том, что количество информации внутри этого объекта пропорционально площади сферического горизонта событий, очерчивающего ту границу, из-за которой нет возврата. Он даже говорил о том, каким образом информация, которая вырывается из дыры посредством хокинговского излучения, может оставлять отпечаток на горизонте событий, тем самым вроде бы разрешая проблему утраты информации при испарении черной дыры. Но математические расчеты Малдасены сделали то, чего не смогли сделать все доводы Сасскинда. В 2004 году Хокинг направил короткое письмо организаторам 17-й Международной конференции по проблемам общей теории относительности и гравитации{200}, которую планировалось провести в Дублине буквально через несколько недель. В письме сообщалось: «Я разрешил информационный парадокс черных дыр, и я хочу об этом поговорить».

Пожалуй, в этом заявлении не обошлось без преувеличений. Свое открытие Хокинг сделал не в одиночку: в основу его выводов легли работы многих других специалистов. К тому же решение, которое он представил в Дублине, оказалось неполным. Зато теперь мы неплохо понимаем, как черные дыры сохраняют информацию в своем горизонте событий. Отсюда вытекает следующее: возможно, по тому же принципу создано и все то, что мы считаем реальностью. Вся информация, из которой состоит наше существование (структура табачного листа, характер распределения звезд в Млечном Пути, генетические инструкции, породившие бороду Леонарда Сасскинда, программа, зашитая в голосовом синтезаторе Стивена Хокинга), — вся эта информация существует на границе нашей Вселенной. Не исключено даже, что эту гипотезу подтверждают неожиданные результаты одного физического эксперимента, проведенного в сельской глубинке Германии.

4 сентября 1995 года программист Пьер Омидьяр основал небольшую фирму под названием AuctionWeb. В тот же день огромный красный экскаватор вкатился на одно поле в Германии и начал копать канаву, которая, возможно, оказала на человечество куда более сильное влияние, чем Auction-Web (ныне — eBay) в ее прошлом, настоящем и будущем.

Канаву рыли для GEO600, совместного британско-германского проекта, нацеленного на поиск складок в ткани пространства и времени. Их существование предсказывает эйнштейновская общая теория относительности: из нее следует, что космические катаклизмы (например, слияние двух черных дыр в далекой галактике) должно сминать ткань Вселенной, порождая рябь и волны. Никто пока не сумел обнаружить гравитационную волну на Земле[15].

Однако GEO600 узрел нечто гораздо более интересное, чем космические вибрации. Похоже, он выявил истинную природу реальности.

GEO600 — не такое уж громадное сооружение, с Большим адронным коллайдером ЦЕРНа его не сравнить. Всякий, кто набредет на него, увидит лишь кучку серых строений в сельской глуши к югу от Ганновера. Самые впечатляющие его части — в подземных туннелях, двух рукавах длиной 600 метров каждый, находящихся под прямым углом. По этим туннелям во время работы детектора идут лазерные лучи, позволяющие команде исследователей выявлять в пространстве мельчайшие колебания — благодаря тому, что прибор измеряет пространство с чувствительностью линейки, способной определять диаметр протона. Устройство чутко реагирует на машины, проезжающие по ближайшим дорогам, и способно даже ощутить, когда наверху проплывает большое облако. Для эффективной работы детектора нужно добиться, чтобы никакие подобные источники «шума» не влияли на результаты измерений. К сожалению, когда прибор наконец отладили, обнаружилось, что один необъяснимый «шум» все-таки остался. Что-то создавало сигнал там, где не должно быть ничего подобного. И от этого сигнала избавиться никак не удавалось.

Странная помеха поначалу очень раздражала Карстена Данцмана, руководителя проекта: он думал, что это признак несовершенства оборудования. Но потом на сцену вышел Крейг Хоган.

Хоган, директор «Фермилаба», одной из ведущих американских лабораторий, где ведутся исследования в области фундаментальной физики, тогда как раз пытался выявить следствия голографического принципа, о котором мы только что говорили. Он задался вопросом: как может быть, чтобы все содержимое нашей Вселенной имело своей причиной нечто зашифрованное на ее внешней оболочке? Его первый вывод: количество такой информации ограничено. Если вы хотите усеять кожуру Вселенной клочками информации, то у вас для этого, конечно, много места, однако площадь этой поверхности все-таки не бесконечна. А значит, Вселенная не может быть описана бесконечно подробно, точно так же, как фотографию нельзя без конца увеличивать, не ухудшая качества: рано или поздно изображение станет зернистым. Хоган провел некоторые расчеты и точно выявил ту границу, где начинают обнаруживаться эти пиксели Вселенной{201}. Потом он стал искать приборы, которые могли бы измерять объекты с такой точностью. И натолкнулся на GEO600.

Эта размытость пространства и времени дает разный эффект — в зависимости от того, каким образом вы пытаетесь ее измерить. GEO600 проводит свои измерения при помощи лазерных лучей, которые отражаются от зеркал, установленных на концах 600-метровых рукавов. Отражения порождают свет, имеющий целый диапазон частот. Хоган выяснил, каким образом сама неполнота информации на границе Вселенной, разбивающая пространство и время на отдельные пиксели, должна создавать размытость именно там, где расположены зеркала детектора. Причем, как он установил, эта размытая область породит лучи, имеющие свою интенсивность для каждой частоты диапазона и формирующие «энергетический спектр». Хоган отослал рассчитанный им энергетический спектр Данцману, который прислал потрясенный ответ. Этот спектр и был пресловутым шумом.

Или, по крайней мере, он на него походил. Сходства оказалось достаточно, чтобы Хоган и Данцман пришли в большое воодушевление, но мы пока не уверены до конца. Вот почему Хоган сооружает у себя в «Фермилабе» специальный голографический детектор Вселенной. Ему хочется узнать наверняка, являемся ли все мы лишь проекцией, чей источник где-то на краю пространства и времени. Ответа на этот вопрос пока нет.

Здесь не помешает сделать небольшое отступление. Мы проделали путь от попытки уяснить себе один из основополагающих принципов устройства Вселенной (согласно которому информация хранится в физических объектах, но постоянно перемещается и искажается) к ошеломляющему новому подходу (согласно которому каждый бит информации проецируется некоей точкой на внешнюю оболочку нашей Вселенной). Основная, исходная информация при этом не меняется: лишь в нашем восприятии информации происходит сдвиг, пока догорает сигара, а черная дыра глотает очередную звезду. По сути, мы смотрим фильм, где (по крайней мере, с нашей точки зрения) играем главную роль. Кинопроектор светит откуда-то с края Вселенной. Ну хорошо, а о чем же фильм? О вычислениях, вот о чем.

Эту идею уже высказывали раньше. Так, в своем знаменитом романе «Автостопом по галактике» Дуглас Адамс изображает нашу планету как огромный компьютер{202}, сконструированный для того, чтобы найти ответ на главные вопросы Жизни, Вселенной и Всего Прочего. Но и точка зрения Адамса кажется слишком ограниченной. Если правы самые мощные умы нашей крошечной планеты, вся Вселенная — не что иное, как компьютер.

Возможно, сам Адамс полагал, что мы еще не готовы для восприятия этой идеи. Он о ней точно знал: компьютер Глубокомысленный в его романе создан под влиянием рассказа Айзека Азимова «Последний вопрос», где человечество пытается остановить неумолимое нарастание неупорядоченности Вселенной{203}. «Последний вопрос», опубликованный в 1956 году, являет собой настоящий шедевр: все начинается с пятидолларового пари, заключенного двумя персонажами между коктейлями, а кончается погружением человечества в необозримые глубины космического разума, и все это — на немногочисленных страницах, которые можно прочесть за полчаса. Сам Азимов говорил, что это любимейший из его текстов и остальные его произведения намного хуже.

В том же 1956 году молодой человек по имени Эдвард Фредкин впервые встретился с компьютером. Возможно, Азимов первым высказал идею о Вселенной-компьютере, а немецкий пионер информатики Конрад Цузе сделал первую попытку объяснить математические предпосылки возникновений такой вселенной. Но именно Фредкин, ныне — мультимиллионер, владелец одного из карибских островов, бывший пилот истребителя, экс-профессор Массачусетского технологического института (МТИ), получил сегодня широкое признание в качестве архитектора, который сделал черновой вариант этой схемы. И это впечатляющий набросок.

По Фредкину, на самом деле нет никакого пространства и никакого времени{204}. И никаких элементарных частиц тоже нет — ни электронов, ни нейтронов, ни фотонов, ни кварков. Все эти штуки — лишь следствие существования крошечных пикселей информации, которые создают нечто вроде трехмерной версии вашего телеэкрана. Только за включение-выключение этих пикселей отвечают не телевизионные сигналы: состояние каждого пикселя определяют его соседи-пиксели.

Подобно тому, как ваши телевизионные пиксели могут создать на экране изображение планеты или чьей-нибудь физиономии, фредкиновские элементарные пиксели информации могут создавать частицы или силы. Принципиальное отличие в том, что это не просто изображение частицы или силы. Это реальная вещь.

Поведение каждого пикселя зависит от тех правил, согласно которым включаются и выключаются его соседи. Например, пиксели, из которых складывается отрицательный заряд электрона, будут следовать правилу, которое заставляет эту «электронную конфигурацию» двигаться в сторону пикселей, из которых состоит положительно заряженный протон. Сами пиксели неподвижны, как и на вашем телеэкране. Движется лишь узор включений и выключений, подобно волне, которую болельщики запускают по трибуне стадиона, в определенное время вставая и садясь. Из этой несложной схемы, уверяет Фредкин, берет начало вся физика.

Он называет этот подход «цифровой физикой», поскольку в основе лежат два резко отличающихся друг от друга состояния пикселей. Во фредкиновской вселенной нет плавных переходов: все в ней бинарно. И, замечает он, благодаря прогрессу мы очутились в эпохе использования той же фундаментальной идеи для выполнения большинства повседневных задач цивилизованного человечества, — и это никакое не совпадение. Если в этом состоит принцип действия самой Вселенной, мы почти неизбежно должны были прийти к тому, чтобы структурировать вещи таким же образом.

Во всяком случае, так считает Фредкин. Следует подчеркнуть, что далеко не все ученые относятся к его гипотезе с почтением. Большинство обычных людей вообще о нем не слышали. А из тех, кто слышал, большинство считает его чудаком, чьи идеи интересны, но полны погрешностей. Так, в 1974 году весьма уважаемый физик Ричард Фейнман пригласил Фредкина в Калифорнийский технологический институт. Он хотел впитать все знания Фредкина о компьютерах, чтобы посмотреть, нельзя ли их приложить к физике. «Если кто и сумеет выработать новый плодотворный подход к физике, так это Фредкин», — однажды заметил Фейнман. Но в конце концов даже он не принял фредкиновские идеи.

Фредкин всегда и везде слыл каким-то чужаком. В школе его чурались. Одноклассники предпочитали не брать его в спортивные команды. Каждая сторона билась за то, чтобы он не входил в их команду, соглашаясь даже играть в меньшинстве. В антикоролевстве непопулярных личностей он был бы антикоролем. «Я находился в выигрышном положении — меня избегали все», — не без иронии вспоминал Фредкин в 1988 году, давая интервью журналу The Atlantic.

Так и по сей день. Возможно, причина в том, что, подобно Эйнштейну (и в отличие от Фейнмана, Сасскинда, Ведрала и множества других ученых), Эд Фредкин всегда на дух не переносил квантовую теорию.

Главная претензия Эйнштейна к квантовой теории состояла в том, что в ее основе лежат вероятности. Неопределенность — ее неотъемлемая часть. В этом и кроются истоки его знаменитой жалобы: не может быть, говорил он, чтобы Бог «играл в кости со Вселенной». Фредкин ощущает то же самое: если мы наблюдаем квантовые системы, которые подчиняются законам вероятностей, так это лишь из-за того, что мы пока еще не открыли законы, которые управляют их поведением.

Проблема в том, что ученые могут работать лишь с тем, что сама Вселенная соизволит им сообщить, а Вселенная пока совершенно недвусмысленно высказывалась насчет роли случайности и неопределенности. Почти все, кто изучает основы мироздания, готовы признать, что вещи в основе своей несколько туманны и расплывчаты. Это должно касаться и тех путей, какими Вселенная обрабатывает информацию.

А вот в основе космического компьютера Фредкина лежит определенность: каждый из его пикселей либо включен, либо выключен. Но мы-то знаем, что Вселенная работает не совсем так. Всё, от электрона и атома до тех сил, которые заставляют их делать то, что они делают, следует вероятностным законам квантовой теории. Значит, если Вселенная — компьютер, она не может быть обыкновенным компьютером. Пиксели не просто включены или выключены: каждый из них занимает некое промежуточное состояние. Получается, что Вселенная — компьютер квантовый.

Первым, кто предположил, что Вселенная — квантовый компьютер, стал Сет Ллойд, физик из МТИ, предпочитающий собирать волосы в хвост и вообще человек очень веселый и приятный, вечно сыплющий шутками, вечно издающий хохот, несколько похожий на завывание. Но в его характере есть и серьезные черты, которые он демонстрирует в конце своей потрясающей книги «Программируя Вселенную»{205}.

В эпилоге Ллойд рассказывает, как стал свидетелем кончины своего друга и наставника Хайнца Пейджелса. В 1988 году они вдвоем штурмовали Пирамид-Пик, гору в Колорадо высотой около 4300 м. Из-за слабой лодыжки (следствие полиомиелита, перенесенного в детстве) Пейджелс оступился и упал. Ллойд, не в силах ничем помочь, смотрел, как Пейджелс летит вниз, в глубокое ущелье.

Возможно, Ллойд наблюдал эту страшную сцену с особым мистическим чувством, поскольку Пейджелс описал видение своей грядущей смерти в собственной книге{206} «Космический код»: «Недавно мне приснилось, что я никак не могу ухватиться за поверхность скалы. Камешки под моими ногами осыпаются. Я цепляюсь за куст, но вырываю его с корнями — и в ледяном ужасе падаю вниз, в бездну…»

Однако Пейджелс воображал не только свою смерть, но и свое бессмертие: «То, что я воплощаю собой, сам принцип жизни, невозможно разрушить… Этот принцип вписан в космический код, в порядок Вселенной. Продолжая падать в темной пустоте, под куполом небес, я пел о красоте звезд и примирился с тьмой».

Ллойд размышляет об этом в своеобразной надгробной речи, помещенной в книге: «Мы не совсем потеряли его. При жизни Хайнц запрограммировал свое собственное место во Вселенной. И расчеты, которые делает эта программа, сейчас идут в нас и вокруг нас». Это очень красивое и запоминающееся утверждение, но для Ллойда это еще и кульминация всей той научной работы, которую он успел провести.

Звезда Сета Ллойда всегда сияла ярко. Рольф Ландауэр однажды пригласил его к себе работать, но Ллойд отказался, так как уже получил предложение от нобелевского лауреата Марри Гелл-Мана. Позже Ллойд разработал первый реализуемый на практике проект квантового компьютера. Идея сравнительно проста. Вместо использования стандартных электронных микросхем для хранения и обработки информации, применяемых в обычных вычислительных устройствах, квантовый компьютер кодирует информацию при помощи частицы, которая подчиняется законам квантовой теории. Стандартная электрическая цепь может быть либо разомкнута, либо замкнута, тем самым давая 0 или 1 (цифры двоичной системы), тогда как квантовая природа частицы позволяет ей одновременно принимать значения 0 и 1. Это явление называется суперпозицией: та же удивительная способность позволяет растениям передавать световую энергию по многим маршрутам одновременно.

Еще один чисто квантовый феномен — «сцепленность». Она дает возможность частицам, подготовленным должным образом, поддерживать друг с другом связь, которая кажется прямо-таки телепатической. Измерение характеристик одной частицы изменит результат последующего измерения для ее сцепленного близнеца, даже если две частицы находятся на разных концах Вселенной. Когда Эйнштейн увидел описание этого явления в уравнениях квантовой теории, он пренебрежительно назвал это «каким-то призрачным воздействием на расстоянии» и заявил: отсюда явно следует, что в теории кроется ошибка. Но, как выяснилось, это он сам ошибался. «Призрачное действие на расстоянии» вполне реально. Оно-то и делает квантовые компьютеры невероятно мощными.

Добейтесь суперпозиции трех частиц, приведите их в состояние сцепленности, и вы одновременно сможете выразить ими все числа от двоичного 000 до двоичного 111 (т. е. от 0 до 7, если представить их в десятичном виде).

Любая отдельная операция, которую вы осуществляете с этими тремя частицами (например, сложение или умножение), одновременно проделывается над всеми восемью возможными числами. Вычисления, проводимые с использованием квантовых частиц, значительно быстрее традиционных. Пример — проблема разложения на множители.

Если взять любое достаточно большое число, окажется, что не так-то просто найти два других числа, которые дадут его в результате перемножения. Обычные компьютеры проводят такой поиск методом перебора. Конечно, если перед вами число 15, особого перебора не требуется: можно легко установить, что его множители — 3 и 5. Но если перед вами что-нибудь такое:

740375634795617128280467960974295731425931888892312890

849362326389727650340282662768919964196251178439958943

305021275853701189680982867331732731089309005525051168

77063299072396380786710086096962537934650563796359, –

дело несколько осложняется. Коды, обеспечивающие для нас безопасность телефонных и интернет-коммуникаций, банковских операций и т. п., полагаются как раз на тот факт, что это число (и ему подобные) чрезвычайно трудно разложить на множители. Монстра, приведенного выше, в свое время выставила на своеобразный конкурс фирма RSA{207}, занимающаяся вопросами защиты данных. Задачу решили в 2012 году. Вот два множителя, при перемножении дающие вышеуказанное число:

909121352959781887844065830260043748589260831032835872

0428512168960411528640933367824950788367956756806141

и

814385925911004526572780912628442933587789900216762788 3200914172429324360133004116702003240828777970252499.

Чтобы получить этот ответ, потребовались вычисления, эквивалентные работе 500 компьютеров в течение года. А один-единственный достаточно мощный квантовый компьютер мог бы сделать это за долю секунды. Нам это известно благодаря тому, что еще в 1994 году исследователь по имени Питер Шор показал, что компьютер, действующий по законам квантовой физики, легко и непринужденно разделался бы с проблемой разложения на множители{208}. Призрак этого нового, невиданно мощного типа компьютеров уже сейчас несколько пугает, так как наши самые надежные криптографические коды (те, при помощи которых мы, например, защищаем свои военные тайны или финансовые трансакции) как раз основаны на том, что большие числа трудно разложить на множители. Агентство национальной безопасности Соединенных Штатов (АНБ) тут же стало очень щедро финансировать исследования, призванные выяснить, каким образом можно построить квантовый компьютер и скоро ли такое может произойти.

Десять лет спустя никакого квантового компьютера так и не сделали. Паника в АНБ поутихла, но всякий, кто заинтересован в поддержании стандартов безопасности, по-прежнему старается следить за тем, что происходит в этой сфере. Похоже, никто пока не понял, что невероятно мощный квантовый компьютер уже существует. Вы в нем живете.

Даже по меркам квантовых компьютеров Вселенная — довольно впечатляющая штука. Расчеты в ней могут выполняться самыми разными способами. К примеру, все эти скачущие повсюду атомы могут хранить и обрабатывать информацию. Один атом может нести в себе около двадцати двоичных разрядов (бит) информации, а два атома (как указывал Фредкин еще несколько десятилетий назад) могут при столкновении друг с другом дать результат, совершенно эквивалентный результату обработки информации, которая происходит в обычном компьютере. Смесь различных веществ (и концентрация каждого из них в этой смеси) тоже может нести в себе биты информации. Заставьте эти компоненты прореагировать друг с другом, и они тоже будут, по сути, обрабатывать информацию, подобно тому, как это делает компьютер. В рамках этой модели можно заключить, что вся Вселенная постоянно производит вычисления.

Сет Ллойд прикинул, каково же быстродействие такого компьютера-Вселенной{209}. Начинает он свои расчеты с объекта, имеющего размеры среднего ноутбука. Оказывается, литр Вселенной (примерно килограмм вещества) способен осуществлять миллион миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов операций в секунду.

Эта вычислительная мощь используется для обработки примерно 10 тысяч миллиардов миллиардов миллиардов бит информации. С начала времен, подсчитал Ллойд, Вселенная выполнила около 10¹²² операций над 10⁹² двоичных цифр. Что же это за операции? Для нас это химия и физика, жизненные процессы, механизмы мышления. Ваши действия программируют Вселенную. «Мы — прах, — говорит Ллойд, — но мы — вычислительный прах».

Чтобы понять, какую роль играет человек в этой программе, которую выполняет Вселенная, и как это у него вообще получается, давайте начнем с визита в лаборатории Антона Цайлингера на венской Больцмангассе (улица названа в честь Людвига Больцмана). Группа Цайлингера прославилась благодаря своим экспериментам в области квантовой интерференции. Явление интерференции известно уже не одну сотню лет. Когда волны любого типа и вида (скажем, водяные или световые) проходят через узкую щель или отверстие (апертуру), они расходятся так, словно их испускает сама эта щель. Если две апертуры находятся рядом друг с другом, то при их освещении единственным источником света эффект будет, по сути, такой же, как от двух источников. При правильной постановке опыта эти волны будут взаимно интерферировать (особым образом перекрываться) после прохождения через апертуру.

Чтобы увидеть эффект интерференции, следует подобрать определенное соотношение размера апертур, расстояния между ними и длины волны света (т. е. того расстояния, которое свет проходит в течение одного колебательного цикла своей волны). Если все подобрано верно, то волны, порождаемые двумя источниками света, будут воздействовать друг на друга, давая характерную интерференционную картину.

Если вы встанете на нужном расстоянии, обратившись лицом к источникам света, словно узник к расстрельной команде, а затем двинетесь вбок, параллельно воображаемой линии, соединяющей апертуры, то вы увидите чередование ярких и темных участков. В определенных точках две световые волны гасят друг друга. Но сдвиньтесь вбок еще чуть-чуть, и вы увидите, что очень ярко освещены: в этом месте две световые волны усиливают друг друга. При дальнейшем движении вбок это чередование темных и ослепительно-ярких зон продолжится.

Все это можно с легкостью объяснить, если рассматривать свет как волну. Когда волны от обоих источников оказываются на пике своего колебательного цикла, мы наблюдаем яркий свет. Когда встречаются их минимумы, наступает тьма.

Но опыты Цайлингера внесли сюда некоторые коррективы. Исследователи уменьшили интенсивность источника света, чтобы в единицу времени он испускал всего одну частицу света (один фотон). В каждый момент лишь один фотон попадает в апертуры, расположенные очень близко друг от друга. А значит, в каждый момент лишь один фотон проходит через одну-единственную апертуру. Когда у вас всего один фотон, просто не может быть никакого эффекта интерференции, никакого чередования светлых и темных зон. Что ж, думать так вполне простительно.

И в самое деле, если вы попытаетесь увидеть, через какую апертуру полетит фотон (вполне понятное желание), на относительно далеком расстоянии (где прохаживался наш условный узник) не возникнет никакой интерференционной картины. Странно то, что в отсутствие наблюдения за фотоном интерференционная картина возвращается. Это можно объяснить лишь следующим образом. Поскольку в приборе лишь один фотон, этот фотон просто обязан одновременно проходить сквозь обе щели.

В этом-то и кроется источник могущества квантового компьютера. Как мы уже видели, квантовая частица может одновременно пребывать в двух состояниях (ВКЛ и ВЫКЛ — или же ЗДЕСЬ и ТАМ). Интереснее всего другое: если кто-нибудь или что-нибудь попытается пронаблюдать эту странность или если кто-нибудь, не ведающий ни о какой странности, попробует определить, в каком из возможных состояний оказалась частица, эта странность пропадет. Этот вопрос Дэвид Линдли вынес в заглавие своей замечательной книги о квантовой теории{210}: «Куда уходит странность?» Ответ можно найти, анализируя ту информацию, которая носится туда-сюда в ходе этого эксперимента. Особенно когда команда Цайлингера использует вместо фотонов фуллерены — углеродные молекулы, формой напоминающие футбольный мяч.

Применение фуллеренов позволяет добавить новую переменную — температуру. Оказывается, нагревание фуллеренов разрушает интерференционную картину так же эффективно, как и попытка увидеть, через какую из щелей они проходят. Почему? Потому что горячие молекулы испускают тепловое излучение, а это излучение несет в себе информацию о положении молекулы. Исследуя характер излучения, можно с определенной степенью точности определить, где находился фуллерен. А значит, вы сможете выяснить, через какую щель он пролетел. А значит, возникает определенность: молекула уже не может быть двумя молекулами одновременно, она может быть либо той, либо другой. А значит, никакой вам интерференционной картины.

При различной температуре фуллерены теряют различное количество информации, что размывает четкую разницу между темными и светлыми участками интерференционной картины. То, что когда-то было черно-белым, становится серым, как слон.

Цайлингер и его команда сумели рассчитать, сколько излучения эти молекулы фуллерена будут испускать при разной температуре. Исходя из этого, они смогли вычислить, сколько информации о фуллерене будет при этом теряться. А отсюда они вывели, насколько «посеревшей» будет интерференционная картина при различных температурах. Их расчеты великолепно совпали с результатами последующих экспериментов{211}.

Из всего этого следует, что фотон или фуллерен (или вы, или я, если мы правильно поставим эксперимент) не существует независимо. Это не просто волна, не просто частица. Загадочным образом это ни то ни другое — и при этом и то и другое: статус объекта зависит от его взаимодействий с окружением. Наблюдение эксперимента или проведение его при определенной температуре приводит к тому, что частица начинает существовать именно как частица. Другие же условия заставляют ее существовать в качестве волны. Конкретная природа объекта зависит не от него самого, а от других вещей, имеющих отношение к обмену информацией с окружающим миром. Имеющих отношение к нам с вами — программистам Вселенной.

Чтобы увидеть, как же мы программируем Вселенную, обратимся к мысленному эксперименту, который впервые поставил Джон Уилер в 1978 году. Он называется «эксперимент с отложенным выбором». Представьте себе, как свет идет к Земле от далекой звезды. Между нашей планетой и звездой имеется огромная галактика, чье гравитационное поле искажает траекторию света в полном соответствии с прогнозами, которые сделал Эйнштейн в своей общей теории относительности.

На пути к Земле свет может обогнуть галактику как с одной, так и с другой стороны. Согласно квантовой теории, это означает, что единичный фотон этого света должен одновременно пойти по двум путям, если только кто-нибудь не пытается пронаблюдать, какой путь он изберет. Но расстояние между галактикой и Землей так велико, что мы можем сделать этот выбор (смотреть или нет) спустя долгое время после того, как фотон уже минует галактику. Что же случится, если мы этот выбор сделаем? Проявится ли интерференция? Или же единичный фотон пойдет по одному пути? И как фотону заранее узнать, следует ли ему передать нам свою информацию?

В космическом масштабе такой эксперимент поставить сложно, однако некоторые его варианты удалось осуществить в лабораториях{212} с помощью приборов, напоминающих интерферометр Цайлингера. И эти опыты показывают, что выбор экспериментатора действительно способен повлиять на исход эксперимента спустя долгое время после того, как результат уже должен быть предопределен.

По-видимому, здесь играет роль проблема времени. Заодно возникает много вопросов о роли сознания в наблюдении эксперимента (как мы уже видели, сознание — штука тонкая). Как бы там ни было, мы (если следовать формулировке Уилера) становимся участниками вселенских процессов{213}: «Физика порождает участие наблюдателя, участие наблюдателя порождает информацию, информация порождает физику». Ситуация как в игре «камень-ножницы-бумага», и мы не в состоянии отыскать ту логику, которая позволит нам выпутаться из этого вселенского порочного круга. Вселенная — самый главный компьютер. Он нас породил. А теперь мы воплощаем в жизнь его расчеты. «Какая-то часть нашего существа знает, что мы берем начало именно оттуда, — некогда сказал Карл Саган. — Мы страстно хотим туда вернуться. И мы можем это сделать. Потому что космос и внутри нас тоже. Мы сделаны из звездного вещества. Через нас космос занимается самопознанием»{214}.

Полчаса езды на юго-восток от лабораторий Цайлингера — и вот перед вами Централфридхоф, огромное венское кладбище. Здесь покоятся останки Бетховена, Шуберта, Брамса, Иоганна Штрауса. Здесь лежит и Людвиг Больцман. Точный адрес: могила 1 на участке 14c, справа, если стоять лицом к кладбищенской церкви Святого Карла Борромео. Надгробный камень даже украшен самым знаменитым уравнением Больцмана: S = k · log W. Здесь S — энтропия (мера неупорядоченности) системы, W описывает различные способы расположения атомов системы, k — константа, которую теперь называют постоянной Больцмана[16]. Уравнение, в сущности, показывает, что второе начало термодинамики всегда соблюдается.

Больцман не стал изобретателем термодинамики: эта теория была до него и пережила его, устояв под натиском множества ученых (сам Больцман натиска коллег в конце концов не выдержал). В своей современной форме она зародилась в рамках попыток создать более эффективные двигатели для промышленной революции. Век спустя ее значение сочли настолько огромным, что второе начало термодинамики (постулирующее, в сущности, что беспорядок во Вселенной всегда постоянен или даже возрастает) возвели в ранг почти неприкосновенного закона природы. «Если оказалось, что ваша теория противоречит второму началу термодинамики, я не могу вас обнадежить{215}, — заметил астроном Артур Эддингтон в 1915 году. — Это означает, что ваша теория обречена с позором провалиться».

Прошло еще около столетия, и второе начало термодинамики одержало очередную победу: Влатко Ведрал и его коллеги проанализировали принцип неопределенности, на основании которого в квантовой теории делается вывод о том, сколько информации можно извлечь из физической системы. Они обнаружили, что это, по сути, просто еще одна формулировка второго начала термодинамики. Вероятности, которые описывает квантовая теория, связаны со статистическими законами, управляющими термодинамикой. То и другое связано с информационной теорией. В 2012 году Ведрал, Маркус Мюллер и Оскар Дальстен опубликовали статью, где подчеркивается: по-видимому, информационная теория, квантовая теория и термодинамика тесно переплетены между собой{216}, а значит, возможна новая теоретическая схема Вселенной — схема, где квантовая теория, относительность, время и гравитация являются следствиями физической природы информации. Ведрал заявляет: «Бог — термодинамик»{217}.

Да, здесь Ведрал с коллегами работают на краю неопределенности, и пока нельзя предсказать, чего они смогут достигнуть благодаря такому подходу. Будем надеяться, что у нас еще есть время уточнить традиционную историю происхождения и развития Вселенной, прежде чем они отбросят нас назад, в предначальную эпоху. Большой взрыв, о котором мы столько слышали, благодаря некоторым гипотезам начинает казаться немного меньше, немного слабее. К счастью, не исключено, что мы сумеем поправить дело, слегка подкрутив Вселенную.

Март 2013-го. Первый ряд кресел в роскошном зале Женевского международного конгресс-центра. Физик Алан Гут отчаянно борется со сном. Он только что прилетел из Бостона, и ничто не в силах победить джетлаг, даже зрелище оскароносного актера Моргана Фримена, вещающего (с помощью электронного суфлера) о достижениях современной физики. Каждые несколько минут жена Гута наклоняется к нему и будит его негромкими словами. Но через какие-то секунды Гут задремывает снова. Впрочем, его присутствие здесь не так уж необходимо. Гут уже поднимался на сцену и уже забрал свой чек на 3 миллиона долларов.

Это награда от российского миллиардера Юрия Мильнера, решившего поощрять самых крупных мыслителей в области физики и учредившего Премию по фундаментальной физике, призванную затмить нынешнего научного «Оскара» — Нобелевскую премию. Впрочем, трудно представить себе, чтобы Гут спал во время нобелевской церемонии.

Гут удостоился Премии по фундаментальной физике за изобретение инфляционной космологии. И хотя сама по себе инфляционная космология (в рамках которой предполагается, что Вселенная сразу же после своего рождения претерпела краткий период сверхбыстрого расширения, то есть «инфляции») — идея хорошая, многие физики полагают, что она создает гораздо больше проблем, нежели решает.

В 2008 году, на недельном семинаре в английском Кембридже Гут рассорился с одним из самых видных оппонентов своей теории — Полом Стейнхардтом из принстонского Института перспективных исследований. После этой размолвки они не разговаривали друг с другом до конца недели. Еще один участник семинара, Майкл Тёрнер из Чикагского университета, во всеуслышание объявил, что в инфляционной теории «все шито белыми нитками»{218} и что не пройдет и десятка лет, как она рассыплется. Этот прогноз несколько тревожит, ибо теория Гута, бесспорно, занимает центральное место в самом грандиозном сюжете сегодняшнего естествознания — сюжете о том, как Вселенная приняла свой нынешний вид. Впрочем, проблема инфляции — далеко не единственное слабое место в фундаменте нашей космологической истории.

Так, существует проблема необъяснимого избытка некоторых элементов. Особенно это касается лития: если исходить из устоявшегося мнения о происхождении Вселенной, сейчас этих атомов в ней должно быть гораздо меньше, нежели это наблюдается в реальности. Кроме того, во Вселенной имеются некоторые структуры (очень массивные объекты или обширные области слишком уж пустого пространства), которые не вписываются в стандартную космологию. Кроме того, сегодня все слышали о проблемах темной энергии и темной материи: эти штуки вроде бы существуют, однако не поддаются детектированию и, возможно, как бы намекают, что мы стали жертвой космической иллюзии. Кроме того, недавно вроде бы открыли, что всё на свете, в том числе и сама Вселенная, вращается. И даже с этим столпом стандартной физики, бозоном Хиггса, не все так просто. Объявившись в Женеве, в Большом адронном коллайдере ЦЕРНа, эта частица принесла предсказавшим ее существование Нобелевскую премию, а заодно стала подтверждением теории, которая разделывается с гутовским представлением о первоначальном периоде расширения Вселенной. Каждый раз, когда мы провозглашаем, что вступили в золотой век космологии, откуда ни возьмись выскакивает очередное явление и кричит: «А как насчет меня?» Похоже, теорию Большого взрыва сейчас осаждает злобная стая Больших Но.

Вероятно, лучше всего начать с русского мальчика по имени Георгий Гамов. Вырос он в Одессе, на берегу Черного моря{219}. В 1905 году в этом городе произошло знаменитое восстание на броненосце «Потемкин», когда десятки мирных граждан были убиты правительственными войсками. Через 5 лет после этого поворотного момента в российской истории шестилетний Гамов наблюдал, как комета Галлея проходила над крышей дома, где он жил вместе с родителями. Позже он признавался, что именно в этот момент полюбил научные изыскания.

В 1926 году, страстно увлекшись новомодной квантовой теорией, которую разрабатывали в Западной Европе, он решил «романизировать» свою фамилию, переделав Gamov на Gamow: вероятно, так он пытался увеличить шансы своей статьи, которую послал в журнал Zeitschrift für Physik. Два года спустя его университет отправил перспективного студента в Германию на четырехмесячное обучение. По пути на родину он заехал в Копенгаген, чтобы нанести визит Нильсу Бору, отцу-основателю квантовой теории. Георгий и на него произвел сильное впечатление, так что Бор устроил для него стажировку — месяц в Копенгагене и год в Кембридже.

Гамов к тому времени уже обожал Западную Европу, что отметили на родине. Он регулярно задерживался в научных командировках дольше оговоренного срока и при первой же возможности принимался потешаться над бедственным положением советской науки, из-за чего нажил себе немало врагов. Несколько раз советские власти даже отбирали у него паспорт. Но и это пошло ему на пользу: именно в один из множества долгих дней, которые он вынужден был проводить в паспортном столе, он познакомился со своей будущей женой — физиком Любовью Вохминцевой (сам Гамов прозвал ее Ро).

В последующие месяцы они составили план побега из Советского Союза (разумеется, понимая, что власти сочтут этот побег изменой родине). Весной 1932 года Гамов с женой попытались переплыть Черное море на байдарке. К сожалению, шторм заставил их прервать плавание. Однако в ноябре 1933 года хитроумные переговоры с властями дали Гамовым официальную возможность покинуть Советский Союз. Больше они не возвращались.

Тема побега, этакого эскейпизма, вообще обильно представлена в жизни Гамова. Ему хорошо удавалось покидать те сферы физики, с которыми, по его мнению, он навсегда разделался. Вот почему он внес такой существенный вклад в самые разные области этой науки — при том, что в широких кругах общества он не пользовался особой известностью. Именно Гамов выдвинул теорию нуклеосинтеза при Большом взрыве, показывающую, как могли бы формироваться элементы в том огненном шаре, который возник в первые моменты существования Вселенной. Кроме того, Гамов многое дал и теории строения звезд, показав, что происходит внутри светил, пылающих с особой яркостью. В 1948 году, в тот же год, когда прославленные ученые Томас Голд, Герман Бонди и Фред Хойл предложили математическую модель стационарной Вселенной — мира, не имеющего начала, — Гамов вместе с двумя коллегами решил доказать, что начало все-таки есть. Они пришли к выводу, что если мир зародился как огненный шар энергии и материи, то наша сегодняшняя Вселенная должна изобиловать фотонами определенной (сравнительно низкой) температуры. Но тогда никто не знал, как искать это «космическое микроволновое фоновое излучение», и идею вскоре оставили. Астрономы вновь вспомнили о ней лишь в середине 1960-х, когда было обнаружено реликтовое излучение.

За это открытие, давшее первое подтверждение Большого взрыва, Арно Пензиас и Роберт Вильсон получили Нобелевскую премию. Вклад Гамова в теорию Большого взрыва забыли на несколько десятков лет, да и сейчас мало что известно о его отношении ко многим ее деталям. Однако в некоторых уголках физики его подход снова начинает применяться. Так, становится все очевиднее, что мы больше не можем игнорировать турбулентность.

На некоторых языках слово «турбулентный» иногда выступает как синоним слова «беспокойный». Король Генрих II вряд ли действительно изрек: «Неужели никто не избавит меня от этого мятежного [turbulent] попа?», имея в виду Томаса Бекета, архиепископа Кентерберийского, но для поколений британских школьников эта фраза — одна из самых знаменитых цитат. Для историков, говорящих на соответствующих языках, турбулентность означает волнения и неприятности. Для физиков она тоже не очень-то приятна — но лишь из-за того, что им очень нелегко иметь с ней дело. Турбулентность возникает, когда объекты движутся сложным и непредсказуемым образом. Ричард Фейнман, физик и нобелевский лауреат, однажды назвал турбулентность «важнейшей из нерешенных проблем классической физики»{220}. Проблема по-прежнему не решена. Возможно, именно поэтому никто особенно не стремился развивать идею Гамова.

В 1954 году Гамов закончил заниматься космическим излучением и начал размышлять о том моменте, когда галактики стали формироваться из облака частиц, наполнявшего юную Вселенную. Он счел разумным предположить, что «первичный газ находился в состоянии неравномерного движения в больших масштабах, то есть он пребывал в турбулентном состоянии»{221}. Гипотеза оказалась весьма прозорливой.

Турбулентность — одно из тех явлений, которые вы сразу узнаете, когда увидите. Плавно и неспешно текущая река (скажем, Темза в пределах Лондона), безусловно, не турбулентна. Но бешено несущиеся пенные воды горного потока могут проявлять турбулентность — по крайней мере, на каких-то участках. Как правило, турбулентность предполагает, что течение трехмерно, что в нем иногда появляются завихрения (что-то вроде водоворотов) и что оно непредсказуемо. Если поток турбулентен, вы не можете предсказать, где окажется через несколько минут конкретная молекула воды в нем, даже если вы все знаете о силах, действующих на эту молекулу, и о том, каковы в данный момент ее месторасположение и скорость. Именно турбулентность так затрудняет прогнозирование погоды: турбулентные потоки воды в океане и воздуха в атмосфере не позволяют с уверенностью сказать, где спустя некоторое время окажутся области холодного или теплого воздуха, холодной или теплой воды.

Но главный признак турбулентного потока — завихрения. В каком-то смысле они почти как твердые структуры, окруженные потоком: представьте себе ураган, торнадо или нечто более мирное — колечко дыма, выпускаемое курильщиком, который делает невидимые завихрения видимыми, собирая частицы дыма по стенкам завихрения. На YouTube можно найти замечательное видео, показывающее, как авиалайнер А340 погружается в туман: концы крыльев самолета всегда создают завихрения, но здесь можно увидеть, как они образуются{222}. Картина довольно красивая.

Существует много разновидностей завихрений в турбулентном потоке: различают, к примеру, сравнительно небольшие искривленные течения, которые образуются в потоке после того, как он минует препятствие, и водовороты, которые возникают более спонтанно: при этом течение на каком-то участке совершает полный круг (эти два вида течений называют eddy current и vortex).

Определения здесь достаточно зыбки и условны, однако, по-видимому, оба вида турбулентности существовали в момент Большого взрыва, в потоках первичных газов, при колоссальной температуре и давлении. Именно эти завихрения и водовороты, предположил Гамов, как раз и породили структуры, которые мы теперь воспринимаем как галактики.

В статье Гамова, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, встречаются поразительные утверждения. Так, он заявляет: вихревые потоки этого газа могли стать причиной возникновения областей высокого и низкого давления (где газ пребывает соответственно в сжатом и разреженном состоянии). А поскольку этот газ стал зародышем для образования галактик, следует ожидать, что во Вселенной мы обнаружим области с высокой концентрацией галактик (большие их скопления) и области, где галактик гораздо меньше, а то и почти нет. Характер распределения галактик в космосе, по его словам, представляет своего рода «окаменевшую турбулентность». Современные наблюдения этого распределения явно свидетельствуют в пользу того, что в начале своего существования Вселенная действительно находилась в турбулентном состоянии. Но в то время, когда вышла статья Гамова, этой идеей мало кто заинтересовался.

Вообще-то в те годы почти никто не верил, что был какой-то Большой взрыв. Большинство ученых полагали, что куда разумнее считать Вселенную вечной и неизменной — согласно модели стационарной Вселенной по Голду, Бонди и Хойлу. Но астроном Вера Рубин пошла наперекор общему мнению.

Рубин больше известна как человек, заново открывший темную материю (мы к этому еще вернемся), но в своей диссертации она как раз развивала предположение Гамова: изучая движение галактик с астрономической точки зрения, Рубин показала, что характер их перемещения хорошо согласуется с гамовскими моделями турбулентности. Диссертацию опубликовали в 1954 году, и она стала одним из редких в ту пору подтверждений модели Большого взрыва.

Впрочем, результаты Рубин не напечатал ни один почтенный журнал, и они затерялись почти бесследно. Возможно, причина здесь в том, что наука всегда неохотно отказывается от своих излюбленных идей. В данном случае такой идеей стала модель стационарной Вселенной. А может, дело в том, что турбулентность, как мы уже указывали, очень трудно осмыслить. Мы до сих пор не знаем, как решить математические уравнения, которые описывают ее: между прочим, именно поэтому наши уравнения, касающиеся эволюции Вселенной, попросту не учитывают турбулентности. Такое пренебрежение объясняется прагматическими причинами: завершить построение модели Большого взрыва было бы куда труднее, попытайся ученые принять во внимание турбулентность. Проблема в том, что этот прагматизм нам, похоже, дорого обходится.

Краеугольный камень нашей любимой теории Большого взрыва — предположение, что Вселенная однородна во всех направлениях, что в ней нет ни верха, ни низа, ни левого, ни правого, ни «по часовой стрелке», ни «против часовой стрелки». Это и есть космологический принцип, который гласит, в сущности, что Вселенная выглядит одинаково, где бы вы ни находились, кем бы ни были, в каком бы направлении ни смотрели. Уравнения, описывающие эволюцию Вселенной, основаны именно на этом допущении. Если оно окажется неверным, вся теория рассыплется. Вот почему все так ужаснулись, когда Жуан Магейжу и Кейт Ленд открыли Ось зла.

Столь провокационное название вполне в духе Магейжу. Он берется за трудноразрешимые проблемы, сеет раздор в научном сообществе, всегда готов воспеть неудачника, и все это — с типичным для португальцев обаянием и надменностью. Многие исследователи не обратили особого внимания на аномальные данные, поступившие с космического аппарата под названием «Зонд микроволновой анизотропии Уилкинсона» (ЗМАУ). Но не Магейжу. Он обвел это сообщение толстенным маркером. А потом выпустил статью об «аномальном расположении объектов» и «таинственных» корреляциях данных{223}. И назвал он эту статью (наверняка ухмыляясь) политическим термином, который сейчас применяют, скажем, при описании какой-нибудь всемирной террористической сети, угрожающей народам и властям. Потому что речь шла о космическом ужасе.

С момента своего запуска 30 июня 2001 года аппарат ЗМАУ собирает информацию о космическом микроволновом фоновом (реликтовом) излучении — о том океане фотонов, который заполняет Вселенную, как и предсказывал Гамов в 1948 году. Фотоны возникли всего через 370 тысяч лет после Большого взрыва, и их свойства дают нам ключ к пониманию того, каково было тогда состояние Вселенной. Именно благодаря этому излучению (и еще некоторым явлениям) ученые сумели дать оценку возраста и состава Вселенной.

Все фотоны этого фонового микроволнового излучения имеют примерно одну и ту же температуру — чуть ниже 3 К, или –270 °C (Гамов в статье 1948 года предположил, что это 5 К: довольно близко). Однако ЗМАУ выявил небольшие различия в этой температуре. По большей части такие отклонения равномерно распределены по космическому пространству, что подтверждает идею об однородности Вселенной — о том, что она, по сути, одна и та же, где бы вы ни находились и в какую сторону ни смотрели бы. Но Магейжу и Ленд обнаружили область, где некоторые из этих отклонений, казалось бы, выстраиваются строго определенным образом.

Поначалу все объявили, что Магейжу и Ленд ошибаются. Затем — что это наверняка просто иллюзия, статистическая флуктуация из тех, что иногда вводят ученых в заблуждение. К 2010 году команда, управлявшая ЗМАУ, выработала следующую официальную позицию: да, явление существует, но это не повод для беспокойства. Проблема в том, что это явление обнаружил в той же области пространства и телескоп астрономического спутника «Планк», подключившийся к исследованиям, которые проводил ЗМАУ. Этот телескоп обладает более высокой разрешающей способностью, чем Зонд Уилкинсона, а чувствительность у него вдесятеро выше. Когда поступили данные с «Планка», многие пришли к выводу, что Ось зла всерьез угрожает космологическому принципу{224}. Впрочем, это была не единственная проблема.

Между двумя созвездиями, Центавром и Парусами, лежит область неба, в которой, судя по всему, нет почти никаких объектов. В 2008 году она привлекла к себе особое внимание. Группа астрономов обнаружила гигантское скопление галактик, мчащееся в сторону этого пустого пространства. Галактики двигались со скоростью около 100 км/с, что несколько встревожило космологов. Как мы уже отмечали, считается, что во Вселенной не должно быть структур, которые ведут себя не так, как их аналоги.

Эту аномалию (теперь ее именуют Темным потоком) открыл человек по имени Александр Кашлинский. Открытие стало не совсем случайным, но сами поиски, предпринятые Кашлинским, все-таки кажутся несколько донкихотскими, оторванными от реальности. Он подверг сомнению основные положения общепринятой модели Вселенной и принялся искать то, что, как все утверждали, попросту не должно существовать. Кашлинский сузил область поиска до одной-единственной цели — сверхкрупных скоплений галактик. Он стал каким-то охотником на космологических единорогов. И, ко всеобщему удивлению, в конце концов он нашел-таки единорога.

Единственный метод обнаружения гигантских скоплений галактик сводится к изучению свойств фотонов космического микроволнового фонового излучения. Энергия фотонов слегка меняется при взаимодействии с океанами раскаленного газа, в которых находятся такие сверхскопления. Но эти изменения настолько невелики, что лишь самые крупные скопления галактик способны давать заметный эффект.

Еще слабее влияние движения таких скоплений на фотоны. Отскакивание от перемещающихся горячих газов меняет энергию фотонов согласно эффекту Доплера (благодаря которому, например, меняется воспринимаемая нами частота звука сирены из мчащейся мимо «скорой»). Кашлинский почему-то решил, что имеет смысл выяснить, не проявляется ли доплеровский сдвиг у фотонов микроволнового фонового излучения, которые когда-то встретились с крупными скоплениями галактик. Рьяные поборники теории Большого взрыва наверняка предпочли бы, чтобы эта мысль никогда не приходила ему в голову.

Считается, что галактики, их скопления и прочие объекты Вселенной должны неспешно и величаво скользить по ней без всяких скандалов, а не мчаться сквозь космическое пространство очертя голову, словно они опаздывают на важную встречу. Вот почему Кашлинский и его группа целый год не сообщали никому о своей находке: они просто не хотели выглядеть идиотами. Они проверяли и перепроверяли данные. А когда наконец опубликовали свой рассказ о галактических скоплениях, несущихся по Вселенной{225} с ошеломляющей скоростью, причем в одну и ту же сторону, то получили неизбежный ответ: вы что-то сделали не так, и дальнейший анализ покажет, что ничего такого нет. Но и при дальнейшем анализе Темный поток никуда не исчез. Более того, дело стало выглядеть еще хуже.

Вначале Кашлинский нашел 800 галактических скоплений, летящих в промежуток между Парусами и Центавром. Затем его команда насчитала уже 1400 таких объектов. Этот поток галактических скоплений, уносящийся прочь от нас, можно заметить даже на расстоянии трех миллиардов световых лет от Земли. Они словно бы изо всех сил пытаются сбежать из Вселенной.

Многие предположили, что эти скопления должны испытывать на себе притяжение какой-то циклопической структуры, которая располагается непосредственно за границей наблюдаемой Вселенной (мы способны видеть мир лишь в тех пределах, какие допускает скорость света, возраст Вселенной и быстрота ее расширения). Это само по себе создает проблемы для теории Большого взрыва, поскольку в нашей-то части Вселенной нет ничего настолько крупного, а ведь Вселенная, напомним, должна быть повсюду однородна.

Получается, такой однородности нет. Уже после обнаружения Темного потока ученые обнаружили некую сверх-гигантскую структуру{226}. Имея 4 миллиарда световых лет в длину, Громадная группа квазаров (физики — не самые большие мастера по части названий) всего в 12 раз меньше диаметра Вселенной. На подобных расстояниях мы вроде бы не должны замечать ничего особенного, потому что таких невероятно огромных объектов вроде бы не должно быть. Эта группа стала еще одним единорогом в коридорах космологии.

Охота на астрономических единорогов — занятие неблагодарное: открытие принесло Кашлинскому звание «неоднозначного» ученого, и вокруг его работы вспыхнуло множество ожесточенных споров. Джон Уэбб знаком с такими ситуациями не понаслышке.

Итак, у нас есть Ось зла и Темный поток. Если вы готовы к новым встречам с хаосом, вот вам Ось альфы — линия, которая словно бы предполагает, что законы физики на разных сторонах Вселенной различны.

Альфа (D) — одна из фундаментальных констант физики (так называемая постоянная тонкой структуры). Это число, примерно равное 1/137, появляется во многих уравнениях, описывающих взаимодействие света и материи. Уравнения эти играют важнейшую роль в самых разных областях физики, определяя самые разные вещи (скажем, количество энергии, содержащейся в пустом пространстве). Однако теперь кажется, что эта постоянная, одна из основ физики, не такая уж и постоянная.

Джон Уэбб — тот самый астроном, который заметил эту проблему. Он изучал свет, идущий от далеких квазаров, с помощью телескопа обсерватории Кека, расположенной на вершине гавайской горы Мауна-Кеа. И он обнаружил, что когда свет проходит сквозь облака межзвездного газа по пути к Гавайям, значение альфы чуть отличается от того, которое мы получаем, измеряя эту константу на Земле.

Когда свет взаимодействует с газовым облаком, часть энергии света поглощается электронами атомов (или молекул) газа. Эта поглощенная энергия соответствует определенной частоте в световом спектре, и значения параметров, которые при этом наблюдаются, зависят от альфы. Уэбб обратил внимание, что при прохождении света квазара сквозь облака межзвездного газа поглощаются «не те» лучи: некоторые из них имели более высокую частоту, чем можно было бы ожидать, наблюдая такое же взаимодействие между светом и веществом на Земле, а некоторые — более низкую. Уэбб и так и сяк пытался разрешить эту загадку и в конце концов пришел к выводу, что фактам отвечает лишь одно объяснение: в этом взаимодействии газа и света на расстоянии миллиардов световых лет от нас (или миллиарды лет назад — в зависимости от подхода) альфа примерно на одну миллионную меньше, чем то значение, которое мы так лелеем сегодня. В дальнейшем Уэбб нашел подтверждения того, что законы физики, возможно, меняются не со временем, а в пространстве{227}. По сути, имеются своего рода местные законы: они слегка изменяются в зависимости от того, где вы находитесь.

Уэбб не одинок в своих изысканиях. Сейчас его бремя делит целый ряд ученых, в том числе Майкл Мёрфи и Джулиан Кинг. В задачу Кинга входило сопоставление результатов, полученных обсерваторией Кека при наблюдении небес Северного полушария, с аналогичными результатами, полученными Очень большим телескопом (я же говорил, физики совершенно не умеют давать названия), который обозревает южные небеса.

При аналогичном наблюдении из Южного полушария альфа оказалась не меньше, а больше той, к которой мы привыкли. Проведите воображаемую линию от одного полюса нашей Вселенной до другого. Чем «южнее» вы забираетесь в глубины космоса, тем больше вырастает значение альфы. А по мере движения на «север» альфа уменьшается. Мёрфи блестяще подытожил такие наблюдения{228}: «Если наши предыдущие результаты и не нарушили законов физики, то теперь мы явно их нарушаем». Более того, Ось альфы, открытая Уэббом, вроде бы проходит в том же направлении, что и Темный поток Кашлинского. Что еще сильнее мешает списать это явление на какую-то статистическую флуктуацию (как это сделали в НАСА применительно к Оси зла).

Если Уэбб прав, Ось альфы сокрушает в пух и прах все наши законы физики, а заодно и ту историю Вселенной, которую они помогли нам выстроить. Альфа может меняться во времени и пространстве, а значит, в момент Большого взрыва законы физики могли отличаться от нынешних.

Уэбб продолжает свои изыскания. Многие отказываются верить, что его выкладки верны, и лишь какой-то чудовищный объем статистически достоверных данных, подтверждающих гипотезу Уэбба, способен переубедить закоренелых скептиков. Однако пока никто не сумел найти ни одной погрешности в работе Уэбба. Он занимается ею уже около двадцати лет, но его методику и методологию никто так и не подверг серьезному сомнению. То же самое касается и его данных, и даже тех выводов, к которым он пришел. Он слышит лишь одно: «Не верю». Или: «Ну вот, неужели опять этот Джон Уэбб, сколько можно?»

Впрочем, Майкл Лонго ему этого не говорит. По мнению Лонго, наличие всех этих линий можно объяснить особенностями вращения Вселенной, которые он сам наблюдает.

«Если гипотеза подтвердится, она окажет огромное влияние на развитие космологии. Весьма вероятно, что ее отметят Нобелевской премией». Так выразился один из рецензентов статьи Майкла Лонго{229}. Не совсем понятно, правда, чего больше в этой оценке — восхищения или издевки. Однако утверждение Лонго о том, что сама по себе Вселенная вращается (Гамов наверняка счел бы это чем-то очевидным), следует принять всерьез.

Лонго и его группа изучали небо с помощью одного из телескопов обсерватории Апачи-Пойнт (штат Нью-Мексико), отмечая, в какую сторону вращается каждая из сотен тысяч галактик. Изучая искривления их спиральных рукавов, можно сделать вывод о направлении этого кругового движения. Почти во всех областях неба это направление кажется произвольным. Но проведем воображаемую линию, которая будет на 10° отклоняться от оси вращения нашей собственной галактики. На этой линии обнаружится больше галактик, которые вертятся в одну сторону{230}. Среди 15 тысяч видимых галактик доля «вращающихся влево» примерно на 7 % выше доли «вращающихся вправо». Вероятность того, что это статистическая флуктуация, равна примерно одной миллионной. К тому же при наблюдении южного неба обнаруживается такой же эффект, просто с обратным знаком: «правых» спиралей там больше, чем левых.

Галактики (напомним, Гамов и Рубин показали, что эти объекты, скорее всего, стали порождением возникшего сразу после Большого взрыва турбулентного потока вещества) вертятся подобно велосипедным колесам. Результатом всех этих вращений является наличие у Вселенной общего углового момента (момента импульса). Если уж физики что-то знают, так это что момент импульса похож на энергию: его нельзя создать или уничтожить, его можно лишь передать от носителя одного типа к носителю другого типа. А значит, Вселенная так и родилась с этим вращением. А если у нее имеется вращение, то имеется и ось этого вращения. Но стандартная модель уверяет нас, что если у Вселенной чего-то и нет, так это оси.

Мы завершили разговор об осях, которые вызывают такие проблемы для стандартного подхода к теории Большого взрыва, но у этой теории есть и другие трудности. Прежде чем закончить эту главу, нужно обратиться еще к двум вещам, которые нарушают красоту сказочки, сочиненной космологами. Первая из них — проблема лития.

Вероятно, литий вам известен главным образом благодаря тому, что он питает ваш мобильник и ноутбук — или, после их активного использования в течение нескольких часов, не питает. Но в следующий раз, когда вы станете сокрушенно качать головой над сдохшим литиевым аккумулятором, постарайтесь взглянуть на дело шире. Как мы выясним в одной из следующих глав, у нас очень фрагментарное представление о времени. Атомы нашего тела созданы при вспышках сверхновых, и эти вспышки произошли спустя многие сотни миллионов лет после Большого взрыва. Получается, что эти атомы — космические юнцы по сравнению с атомами лития, столь необходимыми для аккумулятора вашего телефона. Атомы лития появились в первые три минуты жизни Вселенной.

Когда держишь в руке что-то столь древнее, возникает очень необычное чувство. Но литий — не только предмет восхищения, но и предмет озабоченности. Мы знаем, что литий в изобилии имеется во Вселенной, и это как-то не согласуется с химическим наследием Большого взрыва.

Напомним краткое содержание предыдущих серий. Сначала была лишь энергия. Часть ее образовала то, что мы называем элементарными частицами — кварки и электроны. Триплеты кварков под влиянием «сильного взаимодействия» (так это именуется) образовали протоны и нейтроны. Электромагнитное взаимодействие притянуло протон и электрон друг к другу, образовав первый атом водорода. Атомы водорода стали сливаться с нейтронами, образуя атомы гелия. Так появились более крупные атомы — вплоть до лития. Больше во Вселенной ничего не было до тех пор, пока не зажглись первые звезды и спустя какое-то время не породили сверхновые, где имелись необходимые условия для создания более тяжелых элементов.

Этот первоначальный период активности называется первичным нуклеосинтезом: он происходил во время Большого взрыва и вскоре после него (Гамов стал первым и в исследовании этих процессов). Исследование этого явления вообще оказалось весьма плодотворным. Наблюдаемые в космосе количества гелия и водорода так хорошо согласуются с предсказанными теоретически, что стали одним из самых убедительных подтверждений теории Большого взрыва. Но вдруг два французских астронома обнаружили проблему.

В марте 1981 года, задолго до того, как телескопы на вершине Мауна-Кеа позволили ученым впервые бросить взгляд на Ось альфы, эти астрономы встретились с еще одним разрушителем общепринятого сюжета развития Вселенной. Франсуа и Моника Спит проводили наблюдения с помощью телескопа «Канада-Франция-Гавайи»{231} (тоже расположенного на Мауна-Кеа). Они пытались оценить содержание различных элементов, оставшихся в одной из звезд Гидры.

Поскольку нам известно, лучи какого цвета испускают атомы различных элементов, теряя энергию, свет сияющего газового шара способен поведать нам о том, какие элементы в этом шаре содержатся. Разложите звездный свет на составляющие его цвета (подобно тому, как капля воды разлагает солнечный свет в радугу), и вы сможете сделать вывод, какие элементы испускают это свечение. Результаты, полученные Спитами при анализе излучения звезды HD 76932, указывали на большую проблему с литием.

HD 76932 вдвое старше нашего Солнца. Ее запасы лития значительно сократились, выгорев в термоядерных реакциях. Однако они уменьшились не так сильно, как должны были. Цепочка рассуждений здесь довольно сложная и выходит за рамки нашей книги. Скажем лишь, что изобилие лития в этой старой звезде очень встревожило специалистов. На следующий год Спиты опубликовали статью, где подробно рассматривали, что может следовать из этого несоответствия. Получалось, что во Вселенной больше лития, чем казалось раньше на основании выкладок астрофизиков.

С тех пор прошло три с лишним десятка лет, и литиевая аномалия по-прежнему наблюдается. Она даже усугубилась. Спиты занимались литием-7, одним из изотопов элемента, содержащим в ядре атома три протона и четыре нейтрона. Теперь нам известно, что на самом деле в космосе всего треть того количества лития-7, которое выводится расчетным путем из теории Большого взрыва. Однако теперь нам известно и то, что во Вселенной слишком много лития-6{232}, в ядре которого одним нейтроном меньше. Количество лития-6 в тысячу раз превышает то, которое следует из теории Большого взрыва.

Итак, в придачу к уже упомянутым четырем нарушениям космологического принципа имеется еще и проблематичный элемент, который не вписывается в общепринятый сюжет. Оксфордский ученый Субир Саркар дал понять, какой дискомфорт подобные открытия вызывают в научных кругах. Их учет сделает космологию «чертовски усложненной»{233}, заметил он в интервью журналу New Scientist. Впрочем, благодаря расширению Вселенной, темной энергии и темной материи эта наука и так уж куда более сложна, чем хотелось бы ученым.

Обратимся к первому открытию, касающемуся «темной вселенной». Еще в 1933 году швейцарский астроном Фриц Цвикки решил: в космологии явно чего-то не хватает. Он заметил, что скопления галактик вращаются со скоростями, которые должны бы разнести их в клочья: центробежные силы в них должны превосходить гравитационное притяжение звезд друг к другу. Он заключил, что во Вселенной должно иметься больше материи, нежели мы в состоянии увидеть, и тяготение этой «темной материи» как раз и должно удерживать скопления галактик от распада.

На идею Цвикки тогда не обратили особого внимания. Лишь когда Вера Рубин пришла к аналогичным выводам в 1970-е, специалисты отнеслись к расчетам Цвикки всерьез и начали поиски темной материи. Астрономы составляют каталог всего, что имеется во Вселенной, по «массе-энергии» этих объектов, поскольку масса и энергия могут переходить друг в друга и, по сути, взаимозаменяемы, как показывает знаменитое эйнштейновское уравнение E = mc² (где E — энергия, m — масса, c — скорость света). Из расчетов следует, что по «массе-энергии» темная материя составляет почти четверть всей Вселенной. Тем более поразительно, что мы пока ничего такого не обнаружили.

Не нашли мы и источника «темной энергии». Мы знаем лишь, что, по-видимому, именно из-за нее расширение Вселенной ускоряется, а не замедляется (а ведь такое замедление могло бы ожидаться в мире, где гравитация притягивает все ко всему). Как предполагают некоторые специалисты, темная энергия (о существовании которой подозревают на основании наблюдений некоторых сверхновых, разгорающихся и затухающих в небе) — еще одна космическая иллюзия, которая исчезнет, едва мы откажемся от некоторых привычных допущений, касающихся природы пространства и времени.

Сегодня принято считать, что темная энергия составляет чуть меньше трех четвертей Вселенной. А поскольку темная материя вроде бы занимает чуть меньше четверти, получается, что мы видим лишь очень небольшую часть мира — всего-то около 4 %. Почти вся Вселенная из стандартной модели куда-то делась. Расширение по Алану Гуту играет главную роль в этой модели, отсюда и чек на три миллиона. Но и гипотеза Гута имеет свои неувязки.

Инфляционная теория была призвана решить две проблемы, с которыми столкнулись космологи, описывая историю мира. Это так называемая проблема горизонта и проблема плоскости.

Проблема плоскости состоит в том, что плотность материи во Вселенной «в точности такая, как нужно»: в этом есть что-то зловещее. Количества материи в мире как раз достаточно для того, чтобы гравитация остановила неудержимое расширение Вселенной после Большого взрыва, которое привело бы к тому, что никакие звезды и галактики не смогли бы образоваться. При этом материи не слишком много: ее избыток привел бы к схлопыванию Вселенной сразу же после Большого взрыва. Тонкость этой настройки поразительна: средняя плотность вещества во Вселенной находится в пределах 1057 требуемого значения. Особенно это поражает космологов, которые в силу своей профессии весьма подозрительно относятся к подобным совпадениям.

Проблему горизонта описать довольно просто (решить ее гораздо труднее). Вселенная — невероятно скучная и однообразная штука. Ее диаметр составляет около 26 миллиардов световых лет, и везде она выглядит примерно одинаково. Повсюду в ней приблизительно одна и та же температура, что подтверждается невероятной однородностью космического микроволнового фонового излучения. Но при традиционной схеме развития событий на то, чтобы стать такой неинтересной, Вселенной просто не хватило бы времени.

По предположению Гамова, в самом начале Вселенная являла собой мощнейшую энергетическую жаровню, но при этом не все в ней имело одну и ту же температуру. Квантовая теория требует, чтобы в первые моменты существования Вселенной имелись некие флуктуации энергии, которые затем быстро превратились бы в горячие и холодные участки. А поскольку горячие зоны теряют теплоту, испуская ее в более холодные, мы ожидаем, что рано или поздно все приобретет одну и ту же температуру. Однако это излучение представляет собой перенос фотонов, а они движутся с ограниченной скоростью — со скоростью света. Глядя на сегодняшнюю Вселенную, мы понимаем, что фотонам просто не хватило бы времени, чтобы пропутешествовать между всеми этими областями космоса, а ведь именно такое путешествие необходимо для выравнивания температур до той степени, которую мы наблюдаем сейчас. Попросту говоря, Вселенная слишком велика для того, чтобы в ней была настолько однородная температура.

Гут решает проблему горизонта, предполагая, что Вселенная выровняла свою температуру, еще когда все было близко. После этого Вселенная внезапно резко раздулась, словно воздушный шарик, наполняемый Геркулесом. Цифры получаются устрашающие: чтобы мир стал таким, каким мы его знаем сейчас, это расширение должно было раздуть Вселенную в 10⁶⁰ раз всего за 10^-35 секунды. Именно эти величины использует запущенный НАСА астрономический спутник «Планк». Если вам они кажутся невероятными, обратитесь к общедоступному архиву НАСА, где сказано: в течение периода инфляции Вселенная «почти мгновенно выросла от субатомных размеров до размеров мяча для гольфа». Это неточная оценка, но вокруг инфляционной теории вообще много неопределенности, так что, вероятно, это сравнение все-таки точнее той версии событий, которую мы сейчас пытаемся выстроить на основе данных «Планка».

Согласно стандартной модели инфляционной космологии, это стремительное распухание Вселенной прекратилось, едва начавшись. Почти как с мраморным шариком, катящимся с вершины холма: он вдруг начинает двигаться очень быстро, но его движение резко замедляется, едва он достигнет подножия холма. После окончания инфляционной фазы расширение Вселенной шло (и продолжает идти) куда более спокойными темпами.

Инфляционная теория не только говорит нам о том, каким образом во Вселенной так удачно сравнялась температура: она еще и решает проблему плоскости, равномерно распределяя материю и сглаживая те пространственные кривые, которые создает высокая плотность материи. Что ж, это научное достижение вполне стоит трех миллионов. Однако на самом-то деле оно, по сути, лишь отодвигает вопрос чуть дальше. Мы все равно спрашиваем себя: как такое вообще могло произойти? И убедительного ответа у нас пока нет.

Инфляционный подход — вообще-то не одна-единственная теория: он включает в себя целый ряд моделей, описывающих пути, какими Вселенная могла бы расширяться. В некоторых моделях она расширяется с постоянной скоростью. В других ее расширение ускоряется, или замедляется, или сложным образом чередует ускорение и замедление. Здесь существуют сотни возможностей, а значит, физикам придется опровергать каждую модель путем выяснения того, что же на самом деле произошло во время первоначальной инфляции.

Это и стало одной из задач спутника «Планк». Но когда в марте 2013 года он передал на Землю очередную порцию результатов, они доставили инфляционной теории немалые трудности{234}. Принстонский теоретик Пол Стейнхардт так выразился об этом в беседе с корреспондентом Nature Зией Мерали: «Если взять данные, которые нам предоставили, и оценить их чисто интуитивно, то вам покажется, что инфляционному подходу и самой идее Большого взрыва угрожает нешуточная опасность».

Честно говоря, Стейнхардт вообще не очень-то хотел с этим связываться. Он много лет заявлял, что космическая инфляция — просто фокус, конфуз, ненужная обуза. Никто не обращал на его мнение особого внимания, и в последнее время он стал реже высказываться на сей счет. Как видно, ему хотелось как-то спустить на тормоза всю эту историю с «Планком». Но однажды Анна Иджас, молодой гарвардский астроном и философ, ворвалась к нему в кабинет и потребовала, чтобы он ответил, собирается ли он позволить распространять такую вопиющую ложь насчет инфляции.

Иджас держала в руках статью, написанную научной группой, которая управляла полетом «Планка»{235} с его телескопами. В статье говорилось, что «простейшие инфляционные модели удалось подтвердить с помощью данных „Планка“». Иджас негодовала: детали, приведенные в статье, показывали, что данные «Планка» подтвердили нечто совершенно противоположное.

Наблюдения, осуществленные «Планком», заставляли предположить, что простейшие инфляционные модели (например, те, при которых расширение начинается, проходит с постоянной скоростью и затем прекращается) можно исключить из рассмотрения. Остаются лишь более сложные (Иджас бы сказала — «более невероятные») модели, так называемые «модели с плато». Согласно им, расширение, прежде чем набрать скорость, идет очень медленно, как если бы у холма была почти плоская вершина, так что шарику требовалось бы много времени на то, чтобы как следует разогнаться. Проблема в том, что при таких условиях Вселенная для получения достаточного расширения должна изначально быть неинтересной и однородной. А это совершенно неверная отправная точка: в самом начале Вселенная просто обязана быть горячей и турбулентной. Однородность и неинтересность — это конечный пункт процесса.

Иджас сумела убедить измученного Стейнхардта и Ави Лёба, главу астрономического факультета Гарвардского университета, вынести эту проблему на всеобщее обозрение{236}. В итоге они выпустили работу под названием «Инфляционная парадигма испытывает трудности из-за данных „Планка“ 2013 года». В статье говорилось, что полет «Планка» исключил почти все возможности космической инфляции, кроме весьма немногочисленных. Более того, отвергнутые варианты были гораздо более «естественными» кандидатами, чем те инфляционные модели, которые лучше всего согласовывались с этими космологическими данными, а значит, для оставшихся гипотез шанс оказаться полезными для решения проблемы горизонта и проблемы плоскости куда меньше.

К тому же надоедливые охотники за бозоном Хиггса, копошащиеся у себя в ЦЕРНе, еще сильнее осложнили дело. А ведь они тоже восседали в первом ряду Женевского международного конгресс-центра, и они тоже получили там свой чек на три миллиона долларов. Когда в Женеве проходила торжественная церемония, мало кто осознавал, что между открытием бозона Хиггса и инфляционными идеями Алана Гута существует явное противоречие. Оно возникло из-за совершенно, казалось бы, невинной вещи — местоположения бозона.

Как скажет вам всякий посетитель, в кампусе ЦЕРНа, расположенном близ Женевы, очень трудно ориентироваться. Номера почти всех строений раскиданы произвольным образом: не имея под рукой карты, можно разве что случайно набрести на нужный корпус. Что-то в этом роде происходило и с учеными, которым поставили задачу отыскать бозон Хиггса. В 1964 году (в том же году, когда астрономы на ткнулись на космическое микроволновое фоновое излучение, о котором в свое время говорил Гамов) группа теоретиков заявила, что бозон этот должен существовать, однако простого способа его найти не указали.

Физики выявляют местонахождение частиц по их энергии. Вот почему, едва в их руках оказалась нужная технология, физики, работающие на ускорителях, принялись искать бозон Хиггса, сталкивая друг с другом частицы, имеющие ту или иную энергию. Когда бозон не удавалось выявить при столкновениях на одной энергии, использовали другую.

К 2001 году мы узнали, что энергия бозона Хиггса превышает 115 гигаэлектронвольт (ГэВ). Еще три года работы поместили его энергию в диапазон от 117 до 251 ГэВ. Эта оценка еще несколько раз менялась, и вот в 2012 году предполагаемый интервал составил 115–152 ГэВ. И наконец бозон Хиггса обнаружили. Оказалось, его энергия составляет 125,3 ГэВ. Что, как ни удивительно, стало скверной новостью для теории Большого взрыва.

Бозон Хиггса — частица поля Хиггса, которое, как предполагается, заполняет собой все космическое пространство. Именно это поле наделяет все частицы во Вселенной массой — способностью сопротивляться ускорению или замедлению, откликом на гравитацию. Космическая инфляция, как предполагается, тоже должна проистекать от какого-то поля — инфляционного поля, которое дает энергию для внезапного расширения Вселенной.

То, что мы теперь знаем о бозоне Хиггса, практически перечеркивает все инфляционные модели, которые еще считаются вероятными после учета результатов, переданных «Планком». Взаимодействие между тем полем Хиггса, которое создается новооткрытым бозоном, и каким-то из инфляционных полей, оставшихся в науке после находок «Планка», задушило бы инфляцию в зародыше. Грубо говоря, Вселенная при этом вообще никогда не смогла бы образоваться.

Стейнхардт приводит наглядный пример. Представьте себе не шарик на вершине холма, а шарик, падающий с неба над пиком Маттерхорн. Вероятность того, что инфляция происходила во Вселенной, где имеется поле, подобное обнаруженному нами хиггсовскому, примерно равнозначна вероятности того, что шарик упадет в маленькую ямку на вершине горы и останется там лежать, а не скатится вниз по крутому склону. Иными словами, такая вероятность исчезающе мала.

Подчеркнем, что сам-то Стейнхардт никогда не относил себя к поклонникам инфляционной модели. У него есть альтернативная модель, которую он разработал вместе с Нилом Тюроком из Института теоретической физики «Периметр» (Канада, провинция Онтарио). Речь идет о Вселенной, перерабатывающей саму себя и не имеющей никакого периода инфляции. Это не очень популярная модель — явно не такая популярная, как модель, где есть и Большой взрыв, и инфляция, и темная материя, и темная энергия.

Большой взрыв плюс инфляция плюс темная материя плюс темная энергия: звучит довольно неуклюже, правда? Скажите спасибо, что пока не прибавилось заплаток, решающих проблему лития или же проблему всевозможных осей, которые заставляют предположить, что Вселенная вращается (возможно, из-за гамовской первичной турбулентности). Как только мы начнем добавлять решения всех этих проблем (если мы, конечно, сможем эти решения предложить), теория Большого взрыва начнет все меньше походить на связный сюжет и будет все больше напоминать пейзаж из кошмарного сна, безумную мешанину несвязных историй. «Как если бы художник избрал для портрета взятые у разных моделей руки, ноги, голову и прочие части тела, сами по себе превосходно нарисованные, однако не относящиеся к одному телу, а потому совершенно не подходящие друг к другу, так что в результате на холсте окажется не человек, а чудище». Это сказал не кто-нибудь, а Николай Коперник{237}, жалуясь на астрономов, пытавшихся загнать результаты своих наблюдений в геоцентрическую модель Солнечной системы (то есть в модель, где в центре располагается не Солнце, а Земля). Жалоба Коперника, замечает философ науки Томас Кюн, типична для тех, кто видит на горизонте первые проблески научной революции. По мнению Кюна, большинство ученых никогда не чувствуют ее прихода заранее, они просто оказываются сметены волной. Возможно, Гуту и всем прочим пора наконец пробудиться и почуять кардинальный сдвиг научного подхода.

На этом мы их пока и оставим: в конце концов, вполне возможно, что мы просто не в состоянии понять истинную природу Вселенной с теми инструментами, которые сейчас имеются в нашем распоряжении. Может быть, нам нужен компьютер иного типа, вроде такого, о котором Алан Тьюринг мечтал еще в 1936 году. Мы уже несколько десятилетий вовсю пользуемся его базовым изобретением, однако «гиперкомпьютер» Тьюринга — нечто особенное. Он в буквальном смысле способен делать невозможное. Поэтому особенно вдохновляет, что его наконец-то начали конструировать.

Департамент здравоохранения штата Нью-Йорк выпускает (для развешивания на стенах) очень наглядную памятку по борьбе с химическим терроризмом{238}. Одна из рекомендаций касается выяснения того, подверглись ли вы цианидной атаке. Там сказано: ваша кожа может приобрести вишнево-красный оттенок. Вы можете получить обморожение из-за контакта с жидкими цианогенами. Вы можете ощущать потерю ориентации. Вы можете испытывать тошноту или чувствовать острое желание глотнуть свежего воздуха. И нигде (несмотря на то, что вы наверняка уже об этом подумали) не упоминается о запахе горького миндаля.

В детективной литературе трудно найти сыщика, который при расследовании какого-нибудь дела не заговорил бы о запахе миндаля и не пришел бы к выводу, что смерть произошла из-за отравления цианидом. На самом-то деле таких сыщиков могло быть и поменьше. Примерно 18–20 % мужчин не в состоянии унюхать цианид{239}, поскольку у них нет гена, который необходим для расшифровки свойств соответствующей молекулы. И лишь 5–10 % женщин обладают такой же нечувствительностью. Если вас пытаются отравить цианидом, у вас куда больше шансов обнаружить злодейский умысел, если вы женщина. Возможно, из-за этого и пострадал Алан Тьюринг.

После смерти Тьюринга, которая произошла в 1954 году, коронер вынес вердикт: самоубийство. Представлялось очевидным (по крайней мере, на первый взгляд), что математик намеренно съел начиненное цианидом яблоко. Но есть и иные возможные версии. Джек Коупленд, оксфордский специалист по информатике, все их изложил в своей работе, опубликованной в 2012 году{240}. «Доказательства в пользу суицида — очень шаткие», — отмечает он. Возможно, Тьюринга убила британская разведка. Шла эскалация «холодной войны», и Тьюринга из-за его сексуальных предпочтений отнесли к категории «потенциальных угроз безопасности», так что полиция постоянно вела за ним наблюдение. С другой стороны, он просто мог проявить небрежность. Тьюринг держал цианид в помещении, которое он именовал «комнатой кошмаров», — в небольшой лаборатории, смежной с его спальней. Он не отличался аккуратным обращением с реагентами и вполне мог пролить цианидный раствор, не заметив этого. Если он не в состоянии был распознать запах, отравление могло произойти из-за вдыхания газообразного цианида или при попадании в желудок того цианида, который оставался на его пальцах, когда он ел злополучное яблоко.

По мнению его биографа Эндрю Ходжса, самоубийство почти наверняка правильный вердикт{241}, только вот есть одна деталь. Ходжс предполагает, что Тьюринг намеренно обставил свое расставание с жизнью несколько двусмысленно, чтобы его обожаемая мать поверила, будто это результат неудачного химического опыта. «Заслуживает больше доверия, — пишет Ходжс, — мысль о том, что он сумел устроить все так, чтобы лишь она одна поверила в такую версию».

Эссе Коупленда тоже не дает нам определенных выводов. «Точные обстоятельства смерти Тьюринга могут так навсегда и остаться неясными, — пишет автор. — Не следует уверенно утверждать, что он совершил самоубийство, поскольку мы этого попросту не знаем. Возможно, нам лучше пожать плечами, счесть, что условные присяжные так и не пришли к единому мнению, и сосредоточиться на жизни и выдающихся работах Тьюринга». Легче сказать, чем сделать: как отлично знает сам Коупленд, даже сами труды Тьюринга овеяны туманом мифов и ложных утверждений. Особенно это касается его идеи гиперкомпьютера.

Тьюринг сейчас, пожалуй, больше всего известен благодаря своим достижениям по части расшифровки сообщений, которые передавались через страшную немецкую машину «Энигма». Считалось, что шифры «Энигмы», создававшиеся на основе миллиардов возможных положений роторов и контактов машины, невозможно разгадать. Еще до начала войны польские криптографисты пытались справиться с «Энигмой» и разработали машину под условным названием «Бомба», которая перебирала все возможные комбинации. Когда вторжение нацистов в Польшу стало неминуемым, поляки поделились результатами своей работы с французами и британцами: именно схема «Бомбы» вдохновила Тьюринга на создание своей собственной машины.

Эта машину построили в Блетчли-парке — английском особняке, где располагалась Правительственная школа кодов и шифров, в которой Тьюринг и провел свое военные годы. Много жизней пришлось отдать ради того, чтобы получить сведения, на основании которых эта машина могла строить свои выводы. Но в конце концов она одолела «Энигму», что, как считают некоторые исследователи, позволило на два года приблизить окончание войны в Европе.

Но вклад Тьюринга в информатику этим не ограничился. После войны он поселился в Ричмонде, где разработал новый компьютер. Он назвал его ACE — Automatic Computing Engine (Автоматическая вычислительная машина). На практическое создание устройства ушло пять лет, но еще до окончания работ Тьюринг покинул проект из-за разногласий с начальством: руководители британской Национальной физической лаборатории настаивали на некоторых конструктивных изменениях. И хотя эти изменения вполне соответствовали тем задачам, которые виделись его шефам, у Тьюринга имелись другие идеи. В 1948 году он принял предложение Манчестерского университета и перешел работать туда: тамошние специалисты уже реализовали самую провидческую мечту Тьюринга, построив машину «Baby» («Малыш»).

Конструкция «Малыша» была по тем временам революционной: устройство хранило в себе собственные программы. На смену этой небольшой экспериментальной машинке быстро пришло следующее поколение — более мощная машина «Manchester Mark I» («Прототип номер 1, манчестерский»). Эти две машины ознаменовали собой первые шаги к созданию устройств, которые сегодня используются в мире круглосуточно и ежесекундно. В основе механизма работы каждого из современных компьютеров — те же принципы, которые Тьюринг заложил в свою первую конструкцию. Как ни удивительно, эти принципы базировались на привычках и обыкновениях математика-человека.

Ваш компьютер (скорее всего, у вас он есть — и вы, быть может, даже читаете эту главу с его помощью) не обладает разумом. По сути, он лишь весьма усердно, неутомимо и эффективно воспроизводит человеческие возможности. Отсюда и сам термин: первыми «компьютерами» («вычислителями») называли людей, выполнявших вычисления. В 1936 году Тьюринг решил довести эту ситуацию до крайности и представил себе, что будет, если заменить человека машиной, которая станет следовать человеческим правилам и методам для того, чтобы осуществлять свои вычисления. Позже, в руководстве для программистов компьютера «Mark II Manchester»{242}, он писал: «Электронные компьютеры должны уметь производить любой достаточно определенный эмпирический процесс, который может осуществляться оператором-человеком, действующим упорядоченно, но без привлечения разума».

Абстрактная и наиболее обобщенная версия этого вычислительного устройства сейчас широко известна под названием «Универсальная машина Тьюринга». Человеческое существо, если в его распоряжение предоставить карандаши и бумагу, а также наделить его бесконечным терпением, вниманием и точными инструкциями, способно проделывать определенные вещи. И Универсальная машина Тьюринга тоже может их делать.

Тьюринг представлял себе эту машину состоящей из двух частей. Первая часть — бесконечно длинная лента, разбитая на серию квадратиков. Лента может двигаться вправо-влево, что позволяет машине считывать квадратики или вести на них запись. Каждый квадрат содержит один символ из определенного диапазона. Инструкции, введенные в машину, объясняют ей, что делать после считывания того или иного символа: например, «заменить этот символ символом X, сдвинуть ленту на одну позицию вправо, затем прочесть следующий символ и повторить весь ряд предыдущих шагов». Если никакую из введенных инструкций применить не удается, вычисление останавливается, и на выходе мы получаем ряд символов, записанных на ленте.

Не так-то просто представить себе, что это и есть основа для всех действий, которые осуществляет ваш домашний компьютер, но Тьюринг показал, что любой набор инструкций можно свести к какой-то математической операции, которую можно провести с использованием такой вот машины и которую, несомненно, может провести и человек. Вы можете сами себе доказать, что являетесь компьютером, который делает разные вещи посредством перемещения символов. Попробуйте хотя бы перемножить многозначные числа вручную. При этом вы наверняка будете следовать алгоритму, который затвердили еще в школе. Математики создали много таких алгоритмов, и все они подразумевают учет позиций, которые занимают цифры, и запись этих цифр в определенных местах: совершенно то же самое проделывает и универсальный компьютер Тьюринга.

Попробуйте, к примеру, умножить 43 на 28. Для этого умножения столбиком вы можете записать числа одно под другим, а ниже выписать результат умножения 43 на 8: для этого вы умножаете 3 на 8, получаете 24, записываете последний разряд этого произведения (4), а первый разряд (2) прибавляете к результату умножения 4 на 8 и записываете его левее цифры 4, получив 344. Под этим числом, сдвинувшись на один разряд влево, вы записываете результат умножения 43 на 2, полученный аналогичным образом (86). Затем вы суммируете два полученных числа (с учетом сдвига на один разряд) и получаете конечный результат:

Во всяком случае, меня учили умножать столбиком именно так. Возможно, вы делаете это по-другому — скажем, просто умножая 40 на 20, 40 на 8, 3 на 20, 3 на 8 и т. п. Все результаты после этого тоже записываются так, чтобы их можно было сложить по разрядам (единицы — с единицами, десятки — с десятками), причем некоторые цифры переносятся в другие разряды. Еще один метод, популярный в те века, когда еще не изобрели печатный станок, требует вычерчивания решетки 2 u 2. Над ее верхней стороной вы пишете 43, вдоль боковой — 28. Затем вы делите диагональю четыре пустых клетки, перемножаете друг на друга все разряды и записываете ответ: десятки — над диагональю, единицы — под ней. А потом, опять же, складываете результаты.

Этот метод вышел из употребления еще несколько столетий назад по чисто технологическим причинам{243}. Печатный станок стал великолепным инструментом для системы просвещения, но первые устройства подобного типа еще не могли печатать такие сложные штуки, как числовые таблицы, поэтому возобладали другие приемы счета, руководства для которых оказалось легче напечатать. Так или иначе, речь здесь всегда идет об одном — об определенном наборе правил. Какой бы метод вы ни избрали, вам неизменно придется определить относительное положение цифр, осуществить умножение (по сути, просто выполнить сложение — один или несколько раз) и затем записать результат в нужное место, чтобы позже выполнить над ним еще одну операцию. Привычное нам электронное вычислительное устройство умеет делать все вышеназванное и еще многое другое. Но одну вещь оно делать не может — и в этом залог мощи гиперкомпьютера.

* * *

В апреле 1995 года миллиардер Билл Гейтс, глава компании «Майкрософт», принимал участие в презентации, показывавшей, на что способна операционная система «Windows 98», которую планировалось вскоре выпустить на рынок{244}. Презентация шла в пря мом эфире. Коллега Гейтса подключил сканер к компьютеру с новой ОС и объявил, что компьютер сумеет автоматически опознать сканер и загрузить все необходимые драйверы. Однако, к огромному ужасу выступающих, машина зависла, продемонстрировав зловещий «синий экран смерти».

Этот «синий экран» — майкрософтовское предупреждение о катастрофе. Оно означает, что компьютер не будет продолжать работу. Оно означает, что машину необходимо перезагрузить. «Думаю, потому-то мы пока никому и не поставляем „Windows 98“», — мгновенно нашелся Гейтс, обращаясь к аудитории.

Конечно, «Майкрософту» очень не повезло, что такой инцидент попал в прямую трансляцию, но подобные программные сбои — вещь отнюдь не редкая. Современный софт настолько сложен, что его почти невозможно написать без ошибок. К примеру, майкрософтовский «Word» содержит десятки миллионов строк кода, и ни одна живая душа не понимает, как эта штуковина вообще работает.

Вам может показаться, что, раз уж программы так сложны и запутанны, должен существовать какой-то автоматический проверяльщик кода, который удостоверится в том, что никакие команды в этом коде не заставят машину зависнуть, совершая нескончаемую серию операций, которую программисты называют бесконечным циклом. Но для такой проверки нужна программа, которая сумеет определить, достигла ли определенная программа конечной точки вычислений или же просто работает вхолостую. А подобное умение, как показал Алан Тьюринг еще до Второй мировой, невозможно для какого-либо устройства, которое можно представить в виде Универсальной машины Тьюринга.

В 1931 году, за несколько лет до того, как Тьюринг выдвинул идею своей Универсальной машины, австрийский логик Курт Гёдель сильно остудил пыл математиков. В статье под названием «О формально неразрешимых предположениях „Principia Mathematica“ и родственных систем. Ч. I» он показал, что в основе любой математической процедуры всегда лежит нечто, истинность чего недоказуема. Согласно теореме Гёделя о неполноте, в математике, по сути, нет ничего совершенно надежного и абсолютно достоверного.

Это заявление стало ужасным потрясением для математиков всего мира. Бертран Рассел признался, что оно несколько озадачило его{245}: «Я даже обрадовался, что больше не занимаюсь математической логикой. Интересно, приложима ли эта теорема к школьной арифметике? А если да, то можем ли мы верить хоть чему-то изученному в детстве? Может быть, нам теперь следует думать, что два плюс два — не четыре, а 4,001?» Кое-кто даже довольно жестоко сравнивал попытки Рассела понять Гёделя с недоумением пса, глядящего на опустевший киноэкран{246}.

А вот Тьюринг быстро ухватил суть гёделевской теоремы о неполноте — и расширил ее, сформулировав «проблему останова». Точно так же, как невозможно с полной определенностью сказать, что 2 + 2 равно 4, а не 4,001, невозможно и заранее предсказать, остановится ли когда-нибудь программа, выдав результат, или же она просто будет бесконечно работать.

При доказательстве этого принципа Тьюринг{247} проявил свое пристрастие к парадоксам. По словам криптографиста Джека Гуда, работавшего вместе с ним в Блетчли-парке, гениальность подхода Тьюринга к созданию «машины-бомбы» выразилась в том, что он опирался на логическую теорему, основанную на силе противоречия. В определенных условиях машина выдаст вам все, что вы хотите знать, если она столкнется с двумя очевидными истинами, вступившими в конфликт между собой{248}.

Проблема останова растет отсюда же. Вот вам противоречивое утверждение: «Эта фраза — ложь». Если фраза истинна, получается, что она одновременно ложна. Тьюринг показал, что одноименной машине можно скормить набор таких вот парадоксальных команд, пытаясь определить, остановится ли когда-нибудь ее работа. Проблема в том, что если машина и в самом деле остановится, эти инструкции заставят ее выполнять бесконечный цикл операций. Иными словами, машина Тьюринга просто не в состоянии справиться с таким заданием. Потому-то и баги в программном коде можно устранить лишь методом проб и ошибок или же проверяя программу строчку за строчкой, чтобы учесть все-все входящие параметры, то есть прогоняя ее не на компьютере, а в собственной голове.

Осознание того, что для машины Тьюринга не существует способа предсказать, закончит ли когда-нибудь работу программа, влечет за собой куда более глубокие последствия, нежели просто фаталистическое смирение перед существованием несовершенных программ. Оно еще и устанавливает ложные ограничения, заставляя нас либо предположить, что машина Тьюринга может делать все, либо предположить, что набор задач, осуществимый для какой-либо машины, определяется тем, что может делать машина Тьюринга. В сущности, многие просто решили: все, что не в состоянии делать машина Тьюринга, невозможно.

Полиция иной раз вывешивает на всеобщее обозрение фотографии разыскиваемых преступников. Вот и Коупленд составил целую портретную галерею ученых, которые неверно поняли тезис Тьюринга{249}, интерпретировав его именно таким образом. К примеру, для нейропсихологов и философов Пола и Патрисии Чёрчленд результаты, полученные Тьюрингом, «означают нечто весьма примечательное: что стандартный цифровой компьютер, если дать ему нужную программу, достаточно емкую память и достаточное время, способен вычислить любую функцию ввода — вывода[17], если только она подчиняется строгим правилам». На самом-то деле, как мы уже видели, есть функции ввода — вывода, которые подчиняются строгим правилам и которые машина Тьюринга не в состоянии рассчитать. Но это не значит, что с ними не сможет справиться вообще никакая машина.

Кристофер Лэнгтон, специалист по информатике, допустил ошибку другого рода, когда заметил, что «есть „невычисляемые“ типы поведения — не допускающие формального описания для создания машины, которая проявляла бы такое поведение». Это ограничение применимо к машине Тьюринга, однако не следует думать, будто его можно применить вообще ко всем возможным машинам. В список Коупленда попал даже Эндрю Ходжс, биограф Тьюринга, заметивший: «Алан… открыл нечто почти… волшебное: идею универсальной машины, которая способна выполнять работу любой другой».

«Чем скорее философия и наука о познании избавятся от этого мифа, тем лучше», — ворчит Коупленд. Такое непонимание возникло из-за того, что многие не позаботились провести границу между тем, что Тьюринг говорил, и тем, чего он не говорил. Эту-то разницу и стремится подчеркнуть Коупленд: в сущности, она означает различие между вечной неспособностью понять, кто мы такие и что мы такое, и финальным, важнейшим прорывом в нашем осознании себя. На самом деле машина Тьюринга не может взять на себя работу всякой машины. Тем более гиперкомпьютера — как ясно дал понять сам Тьюринг.

Как мы уже знаем, Универсальная машина Тьюринга, в сущности, аналогична очень хорошему математику-человеку, способному чрезвычайно эффективно и быстро выполнять все трюки, доступные математике. Но сам Тьюринг указывал, что это не единственная возможность. В своей диссертации 1938 года{250} он описал гипотетическое устройство иного типа, способное выйти за пределы возможностей Универсальной машины Тьюринга.

Допустим, у нас имеется какое-то непонятное нам средство решения задач теории чисел, своего рода оракул. Мы не станем вдаваться в природу этого оракула. Достаточно лишь сказать, что он, несомненно, не должен быть машиной. При помощи оракула мы способны создать новый вид машин (назовем их «омега-машинами»), и одним из фундаментальных процессов в них будет решение определенной задачи в области теории чисел.

В наши дни «омега-машина» Тьюринга известна (среди тех относительно немногих специалистов по информатике, которые вообще знают о ее существовании) под названием «гиперкомпьютер». Эта область исследований остается очень противоречивой и во многом построенной на домыслах и догадках. Но потенциал «гипервычислений» огромен, а значит, эта проблема, пока еще почти чисто гипотетическая, заслуживает нашего внимания.

* * *

Дать хорошее определение гиперкомпьютера чрезвычайно сложно: всякий раз, когда мы будем пытаться описать, как могло бы работать такое устройство, нам придется упоминать операции, производимые в течение бесконечного времени, или осуществление абсолютно точных измерений. (Заметим, впрочем, что Универсальная машина Тьюринга тоже имеет дело с бесконечными количествами, например ленты и времени. Нам еще пригодится это наблюдение.) Но пусть это вас не смущает. Вы человек, и ваш мозг, возможно, тоже работает как гиперкомпьютер, так что возможности вашего воображения и абстрактного мышления поистине колоссальны. Давайте же применим их.

Начнем с предложенной Джеком Коуплендом и Дайаной Праудфут схемы гиперкомпьютера, который решил бы проблему останова{251}.

В этой схеме имеется набор бинарных вычислительных разрядов — нулей и единиц. Когда вы нажимаете клавишу на клавиатуре вашего компьютера, процессор получает цепочку бинарных разрядов для обработки. Например, буква А представлена как 01000001. На основе этого принципа можно выстроить целый набор входящих сигналов и инструкций — программу.

Коупленд и Праудфут дают очень четкое определение той программе, которую должен выполнять гиперкомпьютер: «Пусть одно целое число представляет одну программу (для любого компьютера, который можно смоделировать с помощью универсальной машины Тьюринга). На выходе будет 1, если эта программа когда-либо прекратит работу, и 0 во всех других случаях».

Итак, перед нами машина, которая выполняет задачу, прежде считавшуюся невыполнимой. Это материальный объект: Коупленд и Праудфут предлагают использовать конденсатор, обычную деталь электрических схем. Этот конденсатор несет в себе определенный электрический заряд. Величину заряда можно записать как двоичное число, то есть как цепочку двоичных цифр. (При этом величину заряда можно бесконечно уточнять, добавляя к ней новые и новые значащие цифры, а значит, и цепочка двоичных цифр может быть бесконечной.)

Дальше начинается удивительное. Данный заряд конденсатора выбрали из-за того, что он (так уж случилось) служит представлением того, какие программы прекратят работу, а какие — нет. Допустим, вы хотите узнать, остановится ли программа, которая представлена числом 13. Найдите 13-ю цифру в том двоичном числе, с помощью которого записан заряд конденсатора. Если это цифра 1, данная программа остановится. Если это 0, программа будет работать вечно. Вот и все, мы решили проблему останова.

Я буквально слышу ваше возмущенное бормотание. Может, мы и решили проблему останова, но лишь гипотетически, представив себе совершенно искусственный набор условий, которые мы никогда не сможем реализовать на практике. Все ваши возражение абсолютно справедливы. Однако заметьте: мы только что заставили свое сознание отработать сценарий, в котором мы вычисляем «невычисляемое».

Рискуя перегрузить ваше воображение, давайте рассмотрим еще один сценарий, который позволит нам заняться гипервычислениями, хотя и кажется маловероятным или вообще неосуществимым.

Возьмем, к примеру, машину Тьюринга с бесконечным количеством символов, начертанных на ее ленте (а значит, она может похвастаться памятью бесконечного объема) еще до того, как она приступит к расчетам. Подобное изменение позволяет ей рассчитать функцию останова. Или возьмем целую сеть машин Тьюринга, которые работают с одной и той же лентой, но определенным образом координируют свои операции над символами, которые на эту ленту нанесены. Это позволяет проводить расчеты, недоступные обычным машинам Тьюринга. Или представим себе гиперкомпьютер, склонный к ошибкам: если в определенной ситуации он напечатает не тот символ, это позволит ему осуществлять не-тьюринговские вычисления. Как подчеркивает оксфордский философ Тоби Орд{252}, вполне возможно, что мы, сами того не осознавая, уже создали подобный гиперкомпьютер, но вряд ли можно предполагать, что мы случайно построили и настроили такой гиперкомпьютер, который действительно делает что-то полезное.

Можно поговорить и о вероятностных машинах Тьюринга. Они не прокладывают строго определенный путь, выполняя свою программу, а выбирают очередной этап вычислений, исходя из некоторой вероятности. Опять же, они вычисляют невычисляемое, но таким способом, который нельзя рекомендовать для осуществления чего-нибудь полезного. Правда, можно себе представить, как гиперком-пьютеры трудятся над некоторыми идеями из области квантовых вычислений, где подразумевается, что единственный электрон атома водорода способен одновременно занимать бесконечный ряд энергетических уровней. Придуман даже гиперкомпьютер, рассчитывающий бесконечную кривизну пространства-времени в центре черной дыры. Тьюрингов-ские машины категории «Бесконечность» способны выполнять бесконечно длинную программу, что позволяет проводить любые виды вычислений. Но, пожалуй, милее всего ускоряющаяся машина Тьюринга, оснащенная гудком.

Гудком оборудовали машину «Manchester Mark I». Она издавала, как выражался Тьюринг, «однотонный звук», высоту и длительность которого можно было регулировать при помощи хитроумно написанной программы. Первая большая программа, выполненная «Mark I», объявила о завершении работы, исполнив мелодию британского гимна. Коупленд замечает, что подобный гудок может сигнализировать и о куда более важном событии — о вычислении невычисляемого{253}.

Чтобы разобраться в этом, для начала дадим определение «моменту». Пусть «момент» — то время, которое требуется машине, чтобы выполнить первую команду программы. Если быстродействие увеличивать так, чтобы каждую следующую команду машина выполняла вдвое стремительнее, машина сможет выполнить бесконечное число операций за конечное время. Это еще один способ вычисления функции останова. При этом если машине предстоит остановиться, гудок прозвучит не позже, чем через два момента с начала работы. Если же спустя два момента сигнала все еще не последует, это означает, что ваша машина будет работать вечно.

Можно исследовать массу возможностей: существует не меньше двадцати моделей гипервычислений. Но заслуживает ли какая-нибудь из них нашего внимания? Как вы уже видели, если спросить у большинства специалистов по информатике, можно ли сделать компьютер, который проделывает более широкий диапазон операций, чем Универсальная машина Тьюринга, ответом почти наверняка будет твердое «нет». Вам скажут: в этом-то и смысл, машина же универсальна. Она охватывает все математически вычислимые функции: вам лишь следует правильно составить программу, и устройство сумеет сделать все возможное.

Проблема в том, что это крайне антропоцентричный взгляд. В конце концов, Универсальная машина Тьюринга обладает теми же способностями, что и коллектив людей-математиков, не более того. Коупленд хорошо описывает пагубность нашей сосредоточенности на самих себе: «Одним из величайших сюрпризов для науки могло бы стать обнаружение того, что вся деятельность матери-природы никогда не должна выходить за пределы расчетов, доступных машине Тьюринга».

Пора признаться: мы и так уже понимаем, что сами же ограничили свое восприятие деятельности матери-природы и что это в каком-то смысле даже естественно. В статье «Машины, логика и квантовая физика» Дэвид Дойч, Артур Экерт и Роселла Лупачини подчеркивают: наше знание истины о Вселенной целиком зависит от нашего знания законов физики{254}. А эти законы мы получили благодаря экспериментальной проверке гипотез. Но эта проверка всегда проводится лишь в той области материальной вселенной, где работают человеческие существа. А значит, наша картина реальности обычно ограничена нашими же представлениями о времени и зажата в немногочисленных пространственных измерениях. Нам отнюдь не следует попадаться в эту ловушку и полагать, будто вне этого ничего нет. В эту ловушку мы уже не раз попадались. Возьмем хотя бы эру господства евклидовой геометрии.

* * *

Евклид — великий древнегреческий математик и мыслитель, живший на рубеже IV–III вв. до н. э. Его учебник под названием «Начала» сводит в один том все геометрические факты, которые были в ту пору известны. По сути, здесь рассказывается все, что вам нужно знать о свойствах объектов, существующих на плоскости. Например, если вы построите треугольник в плоском евклидовом пространстве, сумма его внутренних углов обязательно составит 180°. В «Началах» дается определение параллельных прямых и многих других вещей: возможно, вы смутно помните, как учили в школе нечто подобное. Более того, этому учили во всех школах, во всех университетах и академиях на протяжении столетий после Евклида. Много веков евклидову геометрию называли просто геометрией.

Чтобы понять, насколько сильно доминировало в науке евклидово мышление, обратимся к случаю Карла Фридриха Гаусса, выдающегося французского математика. В начале XIX века он почувствовал, что среди пяти аксиом, которые Евклид ввел две с лишним тысячи лет назад, одна не является необходимой. Гаусс начал работать над этой задачей еще в пятнадцатилетнем возрасте, но так и не опубликовал свои результаты{255}, поскольку опасался, что коллеги станут порицать его за то, что он подверг сомнению постулаты великого геометра. Лишь через десяток лет два отважных математика, Янош Бойяи и Николай Лобачевский, высказали вслух то, что не решались произнести другие. Процесс признания того, что пятая аксиома не обязательна, растянулся на десятилетия. Постепенно ученые стали задумываться: может быть, Евклид не обладал исключительным правом на постулаты о форме вещей? После него прошло два с лишним тысячелетия, и вот мы наконец освободились и изобрели другие геометрии — неевклидовы.

Их-то вы почти наверняка не изучали в школе — отчасти из-за того, что в нашей трехмерной Вселенной они не могут иметь наглядного материального отражения, отчасти же из-за того, что нашему абстрактному мышлению чрезвычайно трудно с ними справиться. Так, гиперболическая геометрия требует, чтобы вы имели дело с параллельными прямыми, которые, изгибаясь, постепенно расходятся, и с треугольниками, у которых сумма внутренних углов меньше 180°. Но такой подход полезен, когда вы пытаетесь вообразить форму Вселенной. Общая теория относительности Эйнштейна потребовала привлечения неевклидовой геометрии: присутствие массы и энергии меняет геометрию пространства и времени, которая оказывается то «плоской» евклидовой, то гиперболической, то сферической. Примерно с 300 г. до н. э. (а может, и с более ранних времен) и до начала XIX века никто не мог себе представить никакой другой геометрии, кроме евклидовой. Теперь же мы пытаемся выяснить, какая же из множества возможных геометрий отвечает устройству нашей Вселенной как материального объекта. Мораль такова: если мы не в состоянии себе что-то представить, это еще не значит, что этого не существует.

Мы снова напоминаем себе об этом принципе, глядя на квантовые эксперименты, которые уводят нас за пределы даже эйнштейновских представлений о геометрии и заставляют предположить: возможно, наше понимание свойств пространства и времени совершенно не соответствует действительности. Пример — наши теперешние представления о явлении квантовой сцепленности. Скорее следовало бы говорить о «нелокальных корреляциях», поскольку речь идет о поведении двух или более частиц, которые, будучи удалены друг от друга в пространстве на сколь угодно значительное расстояние, оказывают мгновенное влияние друг на друга (ну, или почти мгновенное — на пределе чувствительности наших измерительных приборов).

Соответствующие измерения уже осуществляются. Нужно создать пару сцепленных фотонов и затем развести их подальше (если возможно — на противоположные концы Вселенной). Затем выберите один из фотонов, измерьте его спин — квантово-механическое свойство, имеющее отношение к его ориентации в пространстве. А затем как можно быстрее измерьте спин другой частицы. Проделывая такую операцию снова и снова, вы обнаружите весьма характерную картину: окажется, что результат второго измерения всегда зависит от результата первого.

Напрашивается объяснение: от первого фотона ко второму передается некий сигнал, который, так сказать, сообщает ему о результатах первого измерения. Однако мы сумели развести эти фотоны достаточно далеко и уменьшить интервал между измерениями настолько сильно, что теперь мы знаем: такой сигнал передаваться не может. Конечно, пока нам не удалось послать частицы на разные стороны Вселенной, но в 2008 году Николя Гизен и его коллеги по Женевскому университету отправили такие частицы на разные концы волоконно-оптической сети{256}. Дистанция в 18 км, разделяющая частицы, оказалась для Гизена достаточной, чтобы показать: любому сигналу, который при этом передавался бы от одного фотона к другому, пришлось бы лететь со скоростью, более чем в 10 тысяч раз превышающей скорость света. А мы знаем, что это невозможно. Гизену оставалось предположить, что фотоны используют свойства некоей иной реальности, которая существует за пределами пространства и времени{257}.

Выход за пределы пространства и времени — тема, которая сейчас лишь начинает разрабатываться в квантовой теории. И эти инновации на переднем крае квантовых экспериментов расширяют горизонты нашего мышления — и, вероятно, позволяют нам по-новому взглянуть на проблему (не)возможности гиперкомпьютеров. «Практически никогда, а то и вовсе никогда столь значимое заявление физиков о пределах Вселенной не принималось так широко на основании столь слабой доказательной базы{258}, — говорит Тоби Орд о тех, кто отвергает возможность гипервычислений. — Между тем неспособность ряда лучших умов столетия создать методы, с помощью которых мы могли бы сконструировать машины, превосходящие тьюринговские по вычислительным возможностям, — это не лучшее доказательство того, что подобное нереализуемо».

Короче говоря, мы попросту не знаем, что возможно, а что нет. Но если мы способны себе это представить, не исключено, что у природы есть какой-то способ реализации этого. На данной стадии развития науки и техники, когда нашему пониманию информатики всего несколько десятков лет, кажется несколько самонадеянным, когда мы с порога отметаем такую возможность. Особенно если учесть потенциал гиперкомпьютера по части раскрытия вселенной сознания.

* * *

Тьюринга зачаровывал тот необычайный факт, что его вычислительные машины, возможно, сумеют помочь нам лучше понять те способы, какими мы можем имитировать — или даже превзойти — человеческий разум. Вот почему он разработал знаменитый «тест Тьюринга», в ходе которого человека просят вести разговор с невидимым собеседником. Машина, способная поддерживать подобный диалог так, чтобы человек не осознавал, что говорит не с другим человеком, могла бы считаться по-настоящему разумной, решил Тьюринг.

В своей статье 1948 года «Разумная техника» Тьюринг изложил{259} свои мысли о том, как этого можно было бы достигнуть. Здесь он первым попытался описать машину, в основе которой лежит система искусственных нейронов, соединенных модифицируемым образом: такая система имитирует мозг. Нейронную сеть Тьюринга можно обучать и тренировать, создавая или разрушая связи между нейронами. Тьюринг со свойственным ему блеском показал, что наличия такой системы достаточно для создания компьютера общего назначения.

Для Тьюринга его машина осталась в виде записей на бумаге. Но в 1958-м, в год его смерти, специалисты из МТИ воплотили его идею в виде первой в мире реальной нейросети, созданной искусственно. Приходится признать, что прошедшие с тех пор годы так и не позволили нам создать ничего такого, что по-настоящему имитировало бы необычайные способности человеческого мозга. Однако через четыре десятка лет после демонстрации первой нейросети Хава Зигельман представила модель сети, которой такая имитация, возможно, по силам.

Она решила назвать ее «аналоговой сдвиговой картой». Название не очень броское, но резюме зигельмановской статьи 1995 года, вышедшее в Science, интригует{260}: машина «обладает вычислительными возможностями, выходящими за тьюринговские границы… Она осуществляет вычисления совершенно так же, как нейронные сети и аналоговые машины. Эта динамическая система призвана описывать природные физические явления». Более того: несмотря на все то, что мы (вроде бы) знаем о гиперкомпьютерах, Хава Зигельман считает, что могла бы суметь ее построить.

Чтобы получить приблизительное представление о том, что же пытается сконструировать Зигельман, нужно привлечь несколько довольно сложных теорий и понятий. Среди них — теория чисел, описывающая процессы, с которыми имеет дело математика. И понятие бесконечности (а также тот факт, что бесконечностей существует бесконечно много). И потом, не помешает узнать, что же такое нейросети, основа зигельмановской схемы.

Нейросеть — компьютер, предназначенный для имитации мозга животных. Клетки мозга — нейроны — существуют в огромной паутине, где каждый нейрон связан с множеством других. В нейросети вместо нейронов — простые компьютерные процессоры, которые получают входящий сигнал, как-то обрабатывают его и создают на выходе другой сигнал, который направляется на другой процессор. Колоссальная степень внутренней взаимосвязанности такой нейросети (присущая ей по самой ее природе) означает, что эта штука может делать удивительные вещи.

К примеру, она способна обучаться. Стандартный компьютер этого не умеет. Он получает данные на входе, и у него есть программа, которая обрабатывает их, чтобы дать на выходе результат. А вот нейронную сеть можно настраивать так, чтобы ее программа менялась в зависимости от того, какие данные перед этим прошли через ее системы ввода-вывода, и от того, чего достиг или не достиг конечный продукт программы. Именно так нейросети готовят к тому, чтобы они становились превосходными игроками в шахматы или в покер, чтобы они умели диагностировать рак по результатам томографии, чтобы они умели интерпретировать человеческую речь, водить автомобили, управлять роботами.

Одна из особенностей нейросетей — в том, что силу связи между процессорами можно менять. Так, процессор может получить три входящих сигнала (типичный нейрон человеческого мозга получает 10 тысяч), но ему не обязательно придавать им одну и ту же значимость («вес») при расчете какой-то функции на их основе. Скажем, если сеть производит простую операцию сложения различных чисел, процессор может игнорировать слагаемое номер 2. Если же где-то дальше в цепочке процессоров это приведет к результату или действию, не способствующему достижению общей цели машины, в следующий раз этот процессор проигнорирует (или, может быть, разделит пополам) вклад номер 3. Перебирая все возможные варианты обработки входящих и выходящих сигналов, система обучается, узнавая, какие конфигурации работают хорошо, а какие — нет. В конце концов, подобно ребенку, который учится ездить на велосипеде, она отыскивает стабильные конфигурации и состояния равновесия, которые дают нужный конечный результат.

А теперь немного теории чисел. Стандартные нейросети придают «вес» входящим сигналам с помощью рациональных чисел — таких, которые можно записать в виде дроби, где в числителе и знаменателе будут целые числа (1, 2, 3 и т. п.). Так что наш процессор может, скажем, придать трем входящим сигналам такой вес: 1, 3/2, 1/2.

Однако Зигельман показала, что можно создать процессор, придающий вес своим связям более причудливым образом, и что нейросеть с такими процессорами будет способна осуществлять иные виды вычислений, нежели «традиционная». Один из приемов — использование иррациональных чисел (таких, как S), с нескончаемой цепочкой (непериодических) значащих цифр: при этом меняются виды вычислений, доступные нейросети. А можно задействовать хаотические системы — например сигналы от специально сконструированных электросхем. Эти постоянно меняющиеся, совершенно непредсказуемые, невычислимые сигналы выводят нейронную сеть за пределы вычислительных возможностей, свойственных машинам Тьюринга.

Размеры «пространства», в котором может работать стандартная машина Тьюринга (количество различных вычислений, которое она может выполнять), такие же, как размеры множества натуральных чисел — тех чисел, которые мы используем при пересчете предметов. А у «супермашины Тьюринга» (так ее называет Зигельман) это рабочее пространство куда больше: его можно представить как 2^N, где N — размер пространства для тьюринговской машины. А значит, если машина Тьюринга способна выполнить 100 вычислений, супермашина сумеет выполнить 2¹⁰⁰. Такое огромное расширение диапазона вычислительных возможностей в сочетании с обучаемостью и способность к адаптации делает супермашину очень серьезным устройством.

Более того, ее уже конструируют. При финансовой поддержке Национального научного фонда США Зигельман вместе с двумя профессорами компьютерной инженерии работает в Миссурийском университете над тем, чтобы воплотить идею в реальность. Команда поставила перед собой впечатляющие задачи. Одна из них — изучение хаотических систем: такие почти наверняка существовали во время Большого взрыва (это, в частности, предполагал Георгий Гамов), однако их не могут проанализировать ни математики-люди, ни (конечно же) машины Тьюринга. Если зигельмановский гиперкомпьютер-нейросеть сумеет проанализировать эти системы, вполне возможно, что мы получим иное представление о том, откуда мы взялись. Еще одна важная задача Зигельман и ее коллег — создание разумных машин, обладающих способностями, похожими на те, которыми наделен человеческий мозг. Успех на этом пути мог бы многое поведать нам о том, кто мы такие и что мы такое.

Но могут ли Зигельман и ее коллеги добиться успеха? Большинство специалистов отвечают «нет» — из-за того, что гиперкомпьютер работает с бесконечными величинами. Иррациональные числа имеют бесконечную длину, а процессор, в основе которого лежит что-то бесконечное, наверняка обречен на провал, верно?

* * *

Бесконечность — понятие страшноватое. Оно явно устрашало современников Георга Кантора, которые отказались признавать его доказательства, касающиеся бесконечностей, из-за чего ученый испытал тяжелый нервный срыв.

Кантор, математик, работавший в Германии XIX века, доказал, что существует много различных видов бесконечности. Есть простая и безыскусная бесконечность целых чисел: сколько ни считай, всегда можешь прибавить еще единицу. Несколько странно то, что бесконечное множество четных чисел — того же размера, что и бесконечное множество всех целых чисел, хотя четные числа содержатся (как подмножество) внутри множества целых чисел. А между любыми двумя соседними целыми числами (скажем, между 1 и 2) содержится бесконечное количество действительных (вещественных) чисел — таких, как 1,23456789. Кантор показал, что размер (объем, мощность) бесконечного множества действительных чисел больше, чем размер бесконечного множества целых чисел. Прежде чем мы доведем себя до нервного срыва, можно просто без лишних размышлений принять доказательство Кантора (теперь оно является общепризнанным), согласно которому существует бесконечное число различных бесконечностей.

Но хотя доказательство Георга Кантора математически корректно, в реальном мире, возможно, вовсе нет никаких бесконечностей. Так, Дорон Цайлбергер, математик из Университета Ратгерса, заявляет, что вне математики просто нет такой вещи, как бесконечность{261}. И даже внутри математики это понятие словно бы водит нас кругами. По его мнению, мы никуда не придем, пока не начнем работать исходя из представления, что существует одно последнее, самое большое число.

Многие физики, хоть и не отличаются радикальностью Цайлбергера, тоже не прочь отказаться от идеи бесконечности, поскольку она дает ложные решения для многих проблем космологии. К примеру, по словам Макса Тегмарка из МТИ, именно допущение наличия реальной, физической бесконечности создало ситуацию, при которой инфляционная модель Алана Гута — вполне приемлемая теория. По мнению Тегмарка и ряда других специалистов, физики сумели бы описать Вселенную — и ее историю — гораздо лучше, если бы в наших теориях не было возможности, чуть что, полагаться на концепцию бесконечности. Если же мы сумеем отказаться от нее, то не исключено, что это снимет многие из тех проблем, которые (как полагают некоторые эксперты) подстерегают схемы, подобные зигельмановской, в реальном мире. Возможно, измерения бесконечных циклов или измерения, сделанные с бесконечной точностью, уже не будут теми камнями преткновения, о которых предупреждают более традиционно мыслящие специалисты по информатике. В частности, проблемы бесконечно точного измерения — скорее всего, вещь совершенно надуманная, говорит шеффилдский эксперт по информатике Майк Стэннет. Он указывает, что вычисление совсем не обязательно подразумевает реальное измерение{262}: достаточно лишь иметь цепочку данных входа-выхода. И даже если мы не сумеем построить гиперкомпьютер в нашей Вселенной, уже само исследование этой идеи весьма полезно. Мы не в состоянии соорудить объект, имеющий неевклидову геометрию, но понимание законов и ограничений этой геометрии оказалось весьма полезным для космических исследований. Так что гипервычисления дают всевозможные поводы для оптимизма. Как уверяет Стэннет, «ни в математике, ни в физике ничто не препятствует использованию подобных систем».

Более того: очень может быть, что у вас в голове именно такая система. Гёдель рассматривал свою теорему о неполноте как указание на то, что наш мозг не является машиной Тьюринга, да и сам Тьюринг явно полагал, что человеческий разум требует не только стандартных вычислительных средств. А Зигельман со своими нейросетями явно движется в сторону имитации мозга.

Пока мы и близко не подошли к тому, чтобы узнать наверняка, является ли человеческий мозг гиперкомпьютером. Но мы, по крайней мере, теперь начинаем получать некоторое представление о том, что же пытаются воссоздать Зигельман и подобные ей исследователи. Возможно, главным откровением из всех станет подтверждение того, что Вселенная и мозг сообща дурачат нас, показывая нам впечатляющие, но обманчивые картины, словно фокусник. В ходе нашей завершающей экскурсии на грань реальности мы встретимся с тем, что вполне может столкнуть вас в бездну. Пора остановить часы: течение времени — полная иллюзия.

Хаммерсмитская больница, мешанина строений, возведенных в разное время на протяжении прошлого столетия, располагается на одной из длинных и прямых улиц Западного Лондона. Самый первый корпус возвели в 1912 году — изящное здание из оранжевого кирпича, с шестьюдесятью четырьмя огромными подъемными окнами на фасаде и часовой башенкой вверху. Но если, приближаясь к зданию спереди, вы свернете направо, то обнаружите целую группу более прилизанных и более современных пристроек. И если вы правильно выберете время, то можете увидеть, как из той или другой двери кто-нибудь выходит, сияя улыбкой.

Допустим, этот некто — мужского пола. Назовем его Субъект А. Он улыбается, потому что нынешним утром в одном из помещений больницы он испытал самое настоящее откровение. Хотя его тело пребывало в почти полной неподвижности, зажатое в лязгающей металлической трубе прибора для сканирования мозга, ум его был свободен и соприкасался с вечностью. На расспросы Объект А ответит вам, что он этим утром был одним целым со Вселенной. Но если вы попробуете выпытать у него подробности, он пожмет плечами, рассмеется и не сумеет найти слов, чтобы описать пережитое. Типичный ответ будет таким: он полностью утратил ощущение себя, ощущения времени, осознание пространства. А потом, скорее всего, он снова скажет, что ощутил, будто он — одно целое со Вселенной.

Бессмысленно настаивать, чтобы Субъект А рассказал еще что-нибудь. Он не в состоянии объяснить вам, какие замечательные ощущения испытал. Ни завтра, ни послезавтра он тоже не сумеет вам это передать, однако он надолго сохранит внутреннее впечатление от этого опыта. Немногочисленные эксперименты, проведенные в этой области, показали, что такой эффект может длиться более года. Вполне вероятно, что это утро резко изменило жизнь Субъекта А.

Пускай он, улыбаясь, идет на автобусную остановку и едет домой. Толкнем ту дверь, из которой он показался перед нашим коротким разговором. Пройдем по одному-двум коридорам, через еще одну или две двери (эти-то надежно заперты: вам понадобится человек со специальным пропуском, чтобы их открыть), — и вот мы наконец обнаруживаем источник просветленного состояния Субъекта А. Это небольшой флакон с жидкостью, где содержится наркотик под названием псилоцибин. Здесь, на территории Хаммерсмитской больницы, Субъект А (или, если хотите, Пациент А) совершал наркотрип под действием галлюциногена высшего класса.

Во многих смыслах эта больница идеально подходит для подобных исследований. Изначально это здание построили как работный дом[18], но в 1916 году благодаря гранту на сумму 1000 фунтов от Объединенного воинского комитета здесь открыли Военный ортопедический госпиталь. Его задачей стала реабилитация бойцов, потерявших или травмировавших конечности во время ожесточенных сражений Первой мировой. Пациентов хватало: только 1 июля 1916 года, в первый день битвы при Сомме, британская армия потеряла 60 тысяч человек убитыми и ранеными.

В госпитале старались лечить не только телесные, но и душевные недуги пациентов{263}. Большинство испытывало психологические травмы из-за своих ранений и из-за того, что им пришлось пережить. Многим казалось, что они больше не смогут приносить пользу обществу. Персонал делал все возможное для облегчения физических страданий больных и всячески поощрял активное участие раненых солдат в больничной жизни. Некоторые бойцы изготавливали медицинское оборудование — от хирургических шин до операционных столов и искусственных конечностей. Иногда, основываясь на личном печальном опыте, они даже предлагали внести те или иные усовершенствования в конструкцию протезов. Другие пациенты работали в местных лавочках, что заставляло их выйти за пределы территории больницы и начать заново знакомиться с нормальной обстановкой жизни. Многих обучали ремеслу — сантехническим или электротехническим работам, портняжному делу. Роберт Джонс, директор госпиталя, называл это «психологической терапией».

С тех пор миновала сотня лет, а работа все продолжается. Создание методов психологической терапии для раненых солдат — цель псилоцибинового исследования, которое проводится сегодня в Хаммерсмитской больнице.

Душевное здоровье бойца легко травмировать на современном поле боя. Результат называют посттравматическим стрессовым расстройством. Такой недуг часто не позволяет больному функционировать как нормальное человеческое существо. Среди немногих путей, доступных тем, кто пытается лечить таких участников боевых действий, — психотерапия и психоанализ. Психотерапевт или психоаналитик побуждает пациента говорить об испытанных переживаниях и примиряться с ними. Однако применение этого метода сопряжено с очень большой проблемой. Многие из подобных солдат попросту неспособны вновь пережить (даже мысленно) эти моменты своей жизни, зачастую самые страшные для них.

Здесь-то и помогают наркотики. Некоторые проводимые в наши дни исследования показывают, что галлюциногены способны перестраивать химизм мозговых процессов{264}, меняя общее настроение пациента, а также отношение пациента к ключевым моментам его прошлого. Но что интереснее всего (по крайней мере, для меня) — возникающее при этом недолгое ощущение оторванности от неумолимой поступи времени.

Залезьте в ЯМР-томограф (сокращение происходит от термина «ядерный магнитный резонанс»), установленный в Хаммерсмитской больнице, и оператор прибора сможет следить за кровотоком в вашем мозгу. Когда химия мозга изменяется под действием дозы псилоцибина, происходит любопытная вещь. У испытуемых, сообщающих о наиболее интенсивных галлюцинациях, уровень кровообращения в задней поясной коре (коре задней части поясной извилины) и в срединной префронтальной коре значительно снижен. Благодаря предшествующим исследованиям известно, что именно в этих областях мозга закодировано наше ощущение собственного Я, наше знание о том, что нас окружает в пространстве и во времени, наше восприятие того, как взаимодействует пространство и время. Похоже, что если ослабить кровоток в этих областях, мы уплывем и от пространства, и от времени{265}.

Есть и другие способы достичь столь блаженного состояния{266}. Монахини-христианки, особенно истовые, не раз сообщали, что при очень глубоком погружении в молитву они испытывают чувство отъединенности, оторванности от времени. То же самое говорят и буддийские монахи. Ни те, ни другие не преувеличивают: некоторые представители этих групп любезно согласились помолиться, лежа в ЯМР-томографе. Как выяснилось, в моменты наивысшей духовной отрешенности интенсивность кровообращения в задней поясной коре и в срединной префронтальной коре у них заметно снижается. Получается, что, если принять нужные вещества или достаточно рьяно посвятить себя религиозной практике, можно ускользнуть от времени.

Может быть, это не должно нас особенно удивлять. Все, что мы узнали благодаря физике за последнюю сотню лет, говорит нам: то, что мы называем временем, на самом деле почти наверняка — иллюзия.

«Абсолютное, истинное, математическое время само по себе, в силу собственной природы, течет равномерно безотносительно чего-либо внешнего, — писал Исаак Ньютон в своих «Математических началах натуральной философии». — Всякое движение может быть ускорено или замедлено, однако течение абсолютного времени не подвержено никаким переменам». Он замечал, что мы можем измерить течение этого абсолютного времени, изучая движение: о времени можно «судить как на основании опытов с маятниковыми часами, так и по затмениям спутников Юпитера».

Ньютон жил в эпоху всеобщего увлечения часами. Хронометры играли важнейшую роль в плаваниях по океанам, которые тогда как раз начали открывать свои тайны исследователям. Британская Комиссия долгот предлагала премию в 20 тысяч фунтов всякому, кто сумеет сделать часовой механизм, способный остаться точным и надежным во время морских путешествий с их бурями и ураганами: такой прибор считался залогом богатства страны.

В ньютоновской вселенной время — довольно простая штука. Оно течет, и его поток можно измерить: для ньютоновского мира это имеет основополагающее значение. Есть настоящее, прошлое, будущее. Есть момент, который мы называем «сейчас»: вечно ускользающий, исчезающий еще прежде, чем мы произнесем само слово «сейчас». История представляет собой череду этих «сейчас». Каждый из таких моментов можно охарактеризовать, исходя из предшествующих и последующих событий. Всем посленьютоновским физикам пришлось отказаться от этой концепции (выученной ими еще в юности), чтобы по-настоящему понять истинное положение вещей.

Есть культуры и цивилизации, не столь порабощенные идеей времени. Вот, например, бразильское племя амондава. Хотя в разговоре люди этого племени могут упоминать о каком-то событии, случившемся перед другим или после другого, у них нет абстрактного понятия времени как чего-то отдельного, как фона, на котором все происходит. В их языке нет слова «время», обозначающего отдельную идею. У них нет слова «год» или «месяц».

Когда в 1981 году племя амондава впервые соприкоснулось с людьми из большого мира, свыше половины туземцев стали жертвами болезней, занесенных из «более развитых» областей. Столкновения с искателями полезных ископаемых и захватчиками земли еще сильнее сократили их численность: теперь в племени меньше тысячи человек. Скорее всего, их неведение ньютоновского времени тоже скоро пройдет. Но давайте посмотрим, сумеете ли вы сами отринуть собственную культуру и вернуться в безвременье, которым некогда наслаждалось племя амондава.

«Я как-то не доверяю всем этим профессорам, которые вечно что-то чертят мелом на своих досках»{267}. Вот как Ричард Китинг объяснил, почему он решил проверить заявления Альберта Эйнштейна, которые в ту пору многим казались совершенно возмутительными.

И у него имелись веские основания для скептицизма. Физик Китинг работал в Вашингтоне, в Военно-морской обсерватории США. Он являлся специалистом по самым точным хронометрам тех лет — цезиевым атомным часам обсерватории. У атома цезия имеется природная частота осцилляции — иными словами, скорость его колебаний определяется законами физики. Измеряя интервалы времени как продолжительность определенного количества осцилляций атома цезия, ВМС США обладали самым надежным в мире средством определить длительность секунды (если вы сомневаетесь в долговечности культурных феноменов, обратите внимание, что моряки и спустя 4 столетия после учреждения премии британской Комиссией долгот остаются хранителями главных хронометров мира). Это обеспечило США стандартом измерения времени. Работа же Китинга заключалась в том, чтобы распространять результаты этих сверхнадежных измерений по всему миру: главные часы ВМС оставались в Вашингтоне, а Китинг на самолете доставлял копии этих часов в те места, где требовалось провести синхронизацию сигналов точного времени. Китинг хорошо разбирался в часах, и он знал: эти лучшие в мире хронометры обладают фантастической точностью и надежностью. Заявление Эйнштейна о том, что хронометры будут идти по-иному, если их перемещать определенным образом, требовалось проверить экспериментально.

Общую теорию относительности Эйнштейна часто приводят как пример чего-то такого, что «невероятно трудно понять». Но ее совсем не так трудно понять, если вы всерьез хотите развенчать общепринятую концепцию времени. Готовы с ней расстаться, уподобившись племени амондава? Тогда пора бегло ознакомиться с представлениями Эйнштейна о Вселенной.

Эйнштейн начал свои рассуждения, обратившись к свойствам света (хотя и не обязательно начинать именно с них). В ту пору свет считали электромагнитной волной: заморозьте ее во времени, и вы увидите, что она состоит из электрических и магнитных полей, напряженность которых то возрастает, то уменьшается по мере того, как вы движетесь вдоль волны. В нежном 16-летнем возрасте Эйнштейн уже представил себе такую картину. Однако он вообразил волну не застывшей во времени, а движущейся, сам же он (в своем воображении) бежал рядом с ней с такой скоростью, чтобы волна казалась ему неподвижной. Позже он признавался, что для него это стало ошеломляющим откровением. Если вы сможете так двигаться вместе со светом, он вовсе не будет выглядеть как свет. Поскольку его поля будут казаться статичными, без всяких периодических усилений и ослаблений, получится, что вы сумели изменить фундаментальное свойство светового луча.

Один из величайших принципов физики гласит: законы физики не должны меняться в зависимости от обстоятельств и условий, в которых вы находитесь. Галилей использовал этот аргумент, пытаясь объяснить, что Земля движется вокруг Солнца. Тем, кто в это не верит, поскольку мы вообще-то не чувствуем такого движения, следует (говорил он) затвориться в корабельной каюте. Вы не сможете определить, плывет корабль или стоит на якоре, «если движение равномерно и лишено колебаний». Все мы испытывали нечто подобное, сидя в поезде и ожидая отправления: поезд, прибывающий на соседнюю платформу, может создать у вас впечатление, что ваш состав тронулся. И это ощущение (ваше восприятие окружающей вас материальной среды) одно и то же вне зависимости от того, движется ваш поезд или нет.

Эйнштейн применил свое юношеское открытие для того, чтобы сформулировать теорию, которой суждено будет изменить мир. В ее основу легло такое допущение: если каждый из совершающих равномерное движение сквозь Вселенную должен воспринимать свет совершенно одинаковым образом, то скорость света для всех наблюдателей должна быть одной и той же. Иными словами, свет всегда распространяется с одной и той же скоростью, которую мы, собственно, и называем скоростью света. Дальше дело усложняется: к рассуждениям приходится подключать геометрию и вообще всякую довольно сложную математику. Но мы уже выяснили то, что нам нужно знать для наших целей.

Таким образом, свет, исходящий из фар вашей машины, движется с этой скоростью (ее обозначают как с), даже когда вы мчитесь по шоссе. Свет не летит быстрее из-за того, что фары несутся со скоростью 120 км/ч. Эйнштейн быстро понял, что из этого следуют далеко идущие выводы. В мае 1905 года, проведя целый день за обсуждением загадок физики со своим другом Мишелем Бессо, он провозгласил принцип, взрывающий ньютоновский подход. «Времени нельзя дать абсолютное определение», — объявил Эйнштейн{268}.

Попробую кратко пояснить, почему это так. Сейчас мы вступим на совершенно неньютоновскую территорию, но давайте начнем с ньютоновской идеи о том, что мы измеряем лишь интервалы времени. В конце концов, часы ведь занимаются только этим.

Ньютона и Эйнштейна разделяют века, но давайте представим себе, что оба ученых стоят бок о бок на мысе Канаверал. У каждого имеется хронометр. Эти хронометры идентичны и синхронизированы друг с другом. Только вот Эйнштейн берет свои часы в космос. Он забирается в ракету, взлетает и мчится сквозь Вселенную со скоростью, близкой к световой. То, что происходит при этом с парой хронометров, опровергает все ваши интуитивные ньютоновские догадки.

Оба прибора состоят из атомов, прилежно подчиняющихся законам физики. Фундаментальный компонент многих этих законов — скорость света: она всегда учитывается при выводе уравнений, определяющих поведение и взаимодействие атомов, взаимное влияние материи и излучения. Поэтому неудивительно, что на атомы Эйнштейновых часов оказывает влияние движение с околосветовой скоростью (по отношению к часам Ньютона, который остался на Земле). Чтобы скорость света оставалась постоянной в их системе отсчета, атомы хронометра Эйнштейна ведут себя иначе, нежели атомы хронометра Ньютона.

Впрочем, Эйнштейн не замечает этой разницы, поскольку атомы его тела проделывают то же самое. Разница относительна: если Ньютон сможет каким-то образом проследить за происходящим на космическом корабле, он заметит, что часы Эйнштейна идут медленнее по сравнению с его собственными. И более того: Эйнштейн при этом стареет не так быстро, как он сам.

Все это взаимодействие между атомами, электромагнитным излучением (например, световым), скоростью движения космического корабля относительно Ньютона и геометрией Вселенной, все это взаимодействие, необходимое для поддержания постоянной скорости света, открывает нам нечто очень странное в природе времени: оно обладает гибкостью, оно не абсолютно. Искажения времени, существующие в любой практически реализуемой схеме, невелики: чтобы добиться заметного эффекта, нужно рассматривать куда более умозрительные ситуации. Так, если Эйнштейн в течение 100 (земных) лет будет удаляться от Ньютона со скоростью, которая составляет 0,99 световой, Эйнштейн постареет всего на 14 лет, тогда как Ньютон, разумеется, на 100. И часы Эйнштейна подтвердят это, причем неважно, посредством чего они отсчитывают время — с помощью механической пружины, осцилляций кварцевого кристалла, световых импульсов или радиоактивного излучения куска урана. Путешествие с околосветовой скоростью окажет заметное влияние на все эти процессы.

Услышав все эти соображения, Ньютон пришел бы в ужас, что вполне понятно и естественно. Ричард Китинг поборол свой ужас, поддавшись свойственному физикам порыву проверить теорию. Вот почему вместе с Джозефом Хафеле он полетел вокруг света, прихватив точнейшие хронометры.

Во всех своих исследованиях Ричард Китинг ни разу не увидел никаких подтверждений эйнштейновского прогноза. В 1970 году, на очередной Зимней конференции Американского физического общества, проходившей в вашингтонском отеле «Шорхем», он понял, что такая возможность ему представилась.

Выступая на конференции, Джозеф Хафеле предлагал проверить теорию Эйнштейна с помощью полета на реактивном лайнере. Хафеле работал в Университете Вашингтона (штат Миссури) и не успел заслужить очень уж большой авторитет среди своих коллег-физиков. Он высказал интересные идеи, только вот в одиночку не мог найти финансирование для столь смелого эксперимента. Но тут подключился Китинг, и уже в 1971 году Хафеле приобрел за 7 тысяч долларов два набора кругосветных авиабилетов. Он забронировал 4 места под тремя именами: своим собственным, Ричарда Китинга и мистера Хроноса. Сначала им предстояло 41,2 часа лететь на восток. Потом — на запад.

Вас вряд ли удивит, что «мистером Хроносом» оказался комплект атомных хронометров Китинга (скорее уж удивительно, что авиакомпания предоставила им 400-долларовую скидку, поскольку прибор не требовалось кормить в полете). Из-за своих солидных размеров хронометры занимали целых два места[19]. Есть фотография, где оба исследователя запечатлены на борту лайнера: мистер Хронос гордо занимает свои два места, а на заднем плане стюардесса смотрит на часы. Хафеле и Китинг кажутся весьма довольными собой. Что ж, они оказались правы: эксперимент прошел идеально.

4 октября парочка вылетела рейсом 106 компании «Pan American» из вашингтонского Международного аэропорта Даллеса и провела в воздухе запланированные 41,2 часа. Кругосветное путешествие на запад началось 13 октября и заняло 48,6 летного часа. В ходе полета Китинг и Хафеле постоянно следили за траекторией лайнера, используя данные, поступавшие из кабины экипажа, и тщательно контролировали точность хода хронометра. Они смогли урвать лишь три часа сна.

После завершения каждого полета показания хронометра-путешественника сверяли с показаниями главных часов ВМС США. И оба раза обнаружилось расхождение. В ходе путешествия на восток летучие часы отстали от этого стационарного хронометра примерно на 40 миллиардных долей секунды. А при полете на запад они ушли вперед (относительно хронометра-домоседа) почти на 300 миллиардных долей секунды. Для такого изменения хода часов, летящих на лайнере, есть одна очень простая причина. Неважно, в каком месте Вселенной вы находитесь и с какой быстротой движетесь: скорость света неизменна, как и предсказывал Эйнштейн. Что ж, Ньютон оказался посрамлен.

Это не единичный результат: за опытом Китинга и Хафеле последовала целая серия других экспериментов с атомными часами, и она подтвердила первоначальные результаты. Здесь не помешает задуматься над тем, что же это означает. Получается, атом цезия, летящий на борту реактивного лайнера, излучает радиацию несколько иначе по сравнению с идентичным атомом, который остается на одном месте где-нибудь вблизи поверхности Земли. Но если это верно для атома цезия, то это верно и для атомов человеческого организма. Отправьте кого-нибудь в космическое пространство со скоростью, составляющей несколько тысяч километров в час, и все процессы, в которые вовлечены атомы тела космонавта, будут идти с иной скоростью по сравнению с аналогичными процессами у тех, кто остался на Земле. Попросту говоря, путешественники будут стареть с другой скоростью. И хотя мы не можем этого доказать, мы все-таки знаем (насколько это вообще возможно знать), что астронавты и космонавты, месяцами вращающиеся вокруг Земли на космической станции с колоссальной скоростью, постарели на доли секунды меньше, чем если бы они оставались на Земле.

Отсюда следуют весьма примечательные выводы. Такое искривление времени (физики называют его растяжением) вдребезги разбивает наши представления о причинно-следственной связи. К примеру, это означает, что два человека могут двигаться во Вселенной друг относительно друга таким образом, что оба, увидев два события, разойдутся во мнении насчет того, какое из событий произошло раньше. Пострадает и концепция универсального «сейчас», ведь «настоящее» для одного — это прошлое для другого, и все тут зависит от характера их движения друг относительно друга.

Переварить такую идею невозможно. Здравый смысл уверяет нас, что такого просто не может быть. Но здравый смысл — не лучший проводник, когда речь заходит о поисках истинной природы реальности. Время подобно празднику, который в разные годы приходится на разные дни, и это еще очень мягко сказано. Скорее всего, оно просто нигде не существует, кроме нашей собственной головы. Мы еще дойдем до этого вопроса. Пока же вам наверняка хочется получить еще какие-то подтверждения смелой гипотезы. В конце концов, эйнштейновская относительность — лишь один из двух столпов современной физики. Что нам скажет другой столп — квантовая теория?

Квантовая теория родилась и начала активно развиваться в первые десятилетия XX века. К 1950–1960-м годам она, подобно подростку, принялась отвоевывать себе место под солнцем и время от времени угрюмо ерепениться, раздражая даже многих из тех, кто когда-то произвел ее на свет (в том числе и Эйнштейна). В период с конца 1970-х до конца 1980-х она достигла зрелости. То была эпоха карманных калькуляторов, микросхем, первых персональных компьютеров. В те дни мы начали понимать (и демонстрировать), что за всем стоит квантовая теория. Не только за всем в электронике — за всем во Вселенной. Квантовая теория задействована в нашем телефоне, она создает наше тело, она заставляет звезды сиять, она заполняет пустое пространство частицами, которые стремительно возникают и исчезают. И мы с некоторой тревогой выясняем: оказывается, этой всевластной космической силе время совершенно не нужно!

Мы уже встречались с некоторыми причудами квантовой теории. Чтобы лучше понять ее отношение ко времени, нужно вглядеться в эту теорию чуть пристальнее.

Рассмотрим принцип корпускулярно-волнового дуализма. Без этого принципа ваш мобильник не смог бы работать. Внутри телефона — целый набор микропроцессоров. Они сделаны из крошечных кусочков кремния, действующие детали которых — отрицательно заряженные элементарные частицы, называемые электронами. Я говорю «частицы», словно электрон — это маленький сгусток отрицательного заряда. Но здесь больше подходит образ тумана. Иногда, видя солнечным зимним днем туман в какой-нибудь долине, мы не в состоянии определить, где он начинается и где кончается, насколько близко к земле залегает и насколько высоко по склону нужно подняться, чтобы уйти от его влажного прикосновения. Вот так и следует представлять себе электроны внутри всяческих гаджетов.

Электронные устройства очень полезны именно благодаря тому, что они позволяют электронам просачиваться сквозь свои микросхемы, подобно туману. Разница в том, что этот туман мы умеем контролировать. Вооруженные пониманием правил квантовой теории, а также средствами контроля электрического напряжения в разных частях схемы, мы можем включать и выключать поток зарядов, и это в конечном счете позволило нам создать мощные компьютеры.

Но тут есть одна загвоздка. В этом потоке зарядов случаются явления, непостижимые для здравого смысла. Электроны в микросхемах привычно выполняют трюки, которые кажутся совершенно невероятными — как если бы вы умели перепрыгивать через забор 50-метровой высоты. Частице удается это благодаря тому, что при ее приближении к забору сама ее размытость («туманность»), это неясное физическое качество, означает, что какая-то небольшая ее часть уже находится по другую сторону. Правильно подобрав условия, можно использовать это свойство для того, чтобы заставить всю частицу целиком пройти сквозь преграду, словно по туннелю. Быстро ли происходит такое «туннелирование», долго ли частица летит сквозь забор? Вопрос по определению не имеет ответа: квантовая теория не работает со временем как с реальным параметром.

Не то чтобы она вообще не учитывала время. Вы можете спросить, где находится электрон в определенное время (точнее, какова вероятность нахождения электрона в определенном месте после того, как пройдет определенный промежуток времени). Но эта теория (которую пока не удалось опровергнуть никакими экспериментами) ничего не говорит о времени, как таковом. Вы не сможете получить ответ на вопрос «За сколько времени этот электрон пересек преграду?», потому что эта теория вообще не оперирует такими понятиями. А если учесть, что та же самая теория сообщает нам о том, сколько именно энергии кипит в пустом пространстве и как именно элементы образуются в звездах (то и другое удалось подтвердить экспериментально), ее антипатия к понятию времени как-то подозрительна.

Может показаться, что время вообще не так уж и важно для Вселенной. Оно явно не играет особой роли для частиц, которые в ней обитают. Возьмем фотон, частицу, которую мы ассоциируем со светом. Фотон просто не ощущает никакого времени, ведь он летит со скоростью света. Как мы уже видели, чем ближе вы к скорости света, тем медленнее течет время. Для фотона, мчащегося со световой скоростью, времени не существует.

И свидетельства справедливости такого подхода продолжают накапливаться. Еще в 1967 году Брайс Девитт и Джон Уилер нашли способ объединения квантовой теории с теорией относительности, но для этого понадобилось бы, в частности, отказаться от понятия времени. В октябре 2013 года группа итальянских исследователей показала, что находящимся во Вселенной подобного рода (то есть такой, где квантовая теория успешно сосуществует с относительностью) все-таки будет представляться, что время движется{269}. Итальянцы создали физическую систему, в состав которой входили два фотона (частицы света), и продемонстрировали, что свойства фотонов неизменны для наблюдателя, который находится за пределами системы, однако тому, кто находится внутри системы, кажется, что эти свойства меняются. В основе объяснения такого феномена — «эффект наблюдателя», подразумевающий, что процесс измерения влияет на квантовые свойства частиц. Можно, можно иметь во Вселенной время, просто это не фундаментальный параметр. Еще один довод в пользу ниспровергателей понятия времени — мысленный эксперимент, предложенный Каславом Брюкнером, физиком из Венского университета{270}. В основе идеи Брюкнера — явление, существование которого некогда пытался опровергнуть сам Эрвин Шредингер, один из главных архитекторов квантовой теории. Речь идет о суперпозиции.

Возможно, вы слышали об эксперименте с «котом Шрёдингера». По сути, опыт стал реакцией на тот факт, что квантовая теория позволяет частицам находиться в двух местах одновременно или двигаться в две стороны одновременно, пока не проводится никаких измерений.

Мысленный эксперимент Шрёдингера сводится к следующему. Поместим кота в герметичный ящик, где имеется закрытый сосуд с ядовитым газом. Сосуд разобьется, если на него упадет молоток. Падение молотка произойдет, когда радиоактивное вещество (тоже помещенное в ящик) испустит частицу. Излучение частицы — событие квантовое. Уравнения квантовой теории говорят нам, что без проведения каких-либо измерений частица как бы одновременно и уже испущена, и еще не испущена. А значит, пока кто-нибудь не откроет ящик, чтобы узнать, как там себя чувствует кот (косвенным образом проведя измерение, показывающее, произошел ли акт радиоактивного распада), этот самый кот одновременно будет и жив, и мертв.

Шрёдингеру показалось это очень смешным, но для квантовой теории смешное в порядке вещей. Между прочим, в 2003 году Энтони Леггетт получил Нобелевскую премию по физике отчасти как раз за то, что разработал электронные схемы, в каком-то смысле представляющие собой аналог шрёдингеровского кота. Они не были одновременно живы и мертвы, но одни и те же частицы в них одновременно двигались в двух направлениях.

Прошло много лет, прежде чем эксперимент Шрёдингера удалось применить на практике. Брюкнер полагает, что и его идея не скоро воплотится в реальность. В 2013 году он вместе с коллегами показал, что, согласно уравнениям квантовой теории, частицы могут пребывать в двух моментах времени сразу. Не в двух разных местах. Не лететь в пространстве двумя разными путями. А существовать в двух разных моментах времени. Одновременно (извините за каламбур).

От такого парадокса можно сойти с ума, так что давайте немного упростим его. Представьте, что Эйнштейн входит в комнату и видит послание, которое Ньютон оставил для него на доске. Он стирает послание и пишет ответ. И тут же Ньютон входит, чтобы написать свое исходное послание. Это и есть суперпозиция двух утверждений — «Эйнштейн был в комнате до Ньютона» и «Ньютон был в комнате до Эйнштейна». Как и в случае с относительностью, невозможно определить, кто вошел в комнату первым.

В основе результата лежит и еще одно квантовое явление — принцип неопределенности, гласящий, что из квантовой системы нельзя извлечь неограниченное количество информации. А значит, предел точности есть у любого измерения, в том числе и у измерения времени. Да-да, внутри самой удачной физической теории таится принципиальная ограниченность того, что мы можем сказать о чем-либо имеющем отношение к времени. Почему? Скорее всего, потому что время не является фундаментальной частью Вселенной.

В 2008 году виртуальный Институт фундаментальных проблем провел конкурс эссе о природе времени{271}. В нем приняли участие некоторые ведущие физики планеты, изложившие свои представления о том, как нам следует воспринимать время в эпоху, когда квантовая теория (как нам кажется и как уверены многие ученые) служит верховным судьей реальности. Многие конкурсные работы читать чрезвычайно увлекательно. Так, Карло Ровелли предположил: если мы хотим объединить квантовую теорию и теорию относительности (сегодня это главная цель теоретической физики), «мы должны полностью отбросить концепцию времени и построить квантовую теорию гравитации, где это понятие вообще не будет использоваться». Фотини Маркополу не столь радикальна. Время, говорит она, все-таки имеет значение, но если мы хотим сохранить понятие времени, придется отказаться от понятия пространства. «Выбросив за борт пространство, мы можем сохранить время, и такой обмен вполне оправдан», — замечает она.

Однако Джулиан Барбур, победитель состязания, настроен весьма решительно: по его мнению, «квантовая вселенная статична». Он утверждает: «Ничего не происходит. Есть лишь бытие, без всякого становления. Поток времени и движение — просто иллюзии». Эссе Барбура стоит прочесть, хотя сам он признается: ему оно далось нелегко. «Писать о природе времени трудно, — отмечает Барбур. — В ан-дерсоновской сказке „Новый наряд короля“ правитель одет в ничто, а время — это ничто в одежде. Я могу описывать лишь его одеяние». Он начинает с Ньютонова утверждения, которое мы уже приводили: «Абсолютное, истинное, математическое время само по себе, в силу собственной природы, течет равномерно безотносительно чего-либо внешнего». Барбур заявляет: «Ньютон может попасть в ловушку, которую сам расставил, если мы поймем, что же на самом деле говорят нам его замечательные законы». Он отмечает: проблема в том, что никто из работающих в области классической физики не обращал особого внимания на природу времени, вот почему все мы питаем столь сильную эмоциональную привязанность к этому понятию и страдаем, когда видим, как странно оно ведет себя в эйнштейновской релятивистской вселенной и как оно полностью исчезает во вселенной квантовой. В заключение Барбур приводит цитату из Шекспира:

«В отличие от Ньютона, — замечает Барбур, — Шекспир не пытается описать время, как таковое, он описывает лишь те перемены и различия, которые оно приносит». По словам Барбура, нам следует думать лишь о переменах и различиях, а само понятие времени «следовало бы запретить».

Итак, теперь мы знаем, что элементарные частицы, из которых состоит наше тело, вовсе не рабы времени. Мы знаем, что нет никакого универсального «сейчас» и что восприятие будущего и прошлого (а значит, причин и следствий) зависит от того, как вы движетесь сквозь Вселенную. Мы знаем, что фотоны, не имеющие массы (и рассматриваемые нами в тесной связи с электромагнитным излучением), не испытывают на себе течения времени. Время явно не играет фундаментальную роль во Вселенной. Но хватит (воспользуемся барбуровским сравнением) напяливать одежду физики на то, чего вообще не существует, в попытке объяснить его несуществование. Обратимся к тому, как мы, люди, воспринимаем время.

Хотя мы эмоционально привязаны ко времени, не исключено, что освобождение от этой привязанности станет благословением для человечества. Любопытный пример в этом смысле — один из пациентов Джакомо Коха, испытавший такое освобождение на себе. Кох, работающий в Римском университете Тор Вергата, поведал в журнале Neurology об этом странном случае{272}. Его пациент, 49-летний мужчина, испытывал проблемы со своевременным уходом с работы. «Он сказал, что не в состоянии определить, когда заканчивается рабочий день», — пишет Кох. Не совсем ясно, оборудовано ли часами рабочее место бедняги. Однако пациент, что весьма понятно, предпочитал трактовать сомнения в свою пользу и уходить домой пораньше.

Заинтригованный Кох собрал группу здоровых людей, чтобы сопоставить их чувство времени с чувством времени своего пациента. Он попросил их сказать, какой промежуток времени прошел между двумя визуальными сигналами. Чтобы они не отсчитывали про себя секунды, он велел им вслух называть числа, в произвольном порядке и с произвольными интервалами возникавшие на экране перед ними. После 20 таких тестов, продолжительность которых варьировалась от 5 секунд до полутора минут, Кох и его коллеги стали изучать результаты.

Следует подчеркнуть, что никто из участников не сумел так уж хорошо оценить самые короткие интервалы. Однако на 60 секундах здоровые испытуемые дали почти идеальный результат, тогда как пациент Коха думал, что прошло всего около 40 секунд. А к 90 секундам он и вовсе сбился: при оценке такого интервала называемое им время составляло в среднем 48 секунд.

С учетом такой недооценки проходящего времени ранние уходы пациента из офиса выглядят довольно подозрительно: скорее уж он должен был, сам того не ведая, засиживаться на службе допоздна. Но это далеко не главное. Как выяснилось, у пациента была повреждена правая доля префронтальной коры головного мозга: тромб в сонной артерии ограничивал приток крови к мозгу. При этом память у пациента по-прежнему была в полном порядке, как и его способность обращать внимание на раздражители. Пострадало лишь его чувство времени. Мозговые повреждения могут нанести серьезный ущерб вашей врожденной системе измерения проходящих мгновений. Иными словами, течение времени, несомненно, феномен субъективный. Неудивительно, что мы часто рассказываем о связанных с этим странных явлениях: время тянется медленно, когда нам скучно, стремительно летит вперед, когда мы заняты, а в драматические моменты замедляется, как в кино со спецэффектами.

У всякого есть своя история о том, как время почти остановилось. Однажды проезжавшая машина сбила меня с велосипеда. Мне было 12 лет, и я помню, как летел по воздуху после удара и думал, как это странно, что я могу размышлять в полете. Впрочем, на самом деле это почти наверняка ложное воспоминание: в острые моменты жизни время все-таки не замедляется до такой степени, чтобы замечать какие-то мелкие детали. Мы знаем это благодаря психологу Чессу Стетсону, который однажды убедил группу добровольцев прыгнуть с высоты 46 метров.

Для этого использовали башню в парке развлечений «Невесомость» (он располагается в Далласе, США), но пережитые ощущения не очень-то развлекли участников. На это указывает и заглавие статьи, вышедшей по итогам опыта{273}: «Действительно ли время замедляется в ходе пугающего события?» Дэвид Иглмен, один из экспериментаторов, говорил, что это самый жуткий опыт из всех, какие он когда-либо проводил.

При свободном падении с башни добровольцы вслух произносили те числа, которые появлялись на «перцептуальных хронометрах», укрепленных у них на запястье. Экран прибора состоял из 64 красных светодиодов. Одно и то же число показывали сначала как красное на черном фоне, а потом — как черное на красном. Человеческий глаз способен уловить разницу между этими вариантами цветовой схемы, если они сменяют друг друга не очень быстро, но есть четкое пороговое значение скорости смены картинок, за которым нам кажется, что два изображения накладываются друг на друга, а экран выглядит так, словно включены все светодиоды. Если время действительно замедляется, а восприятие обостряется, когда вы попадаете в опасную ситуацию, где есть угроза вашей жизни, то (решил Стетсон) добровольцы должны видеть числа даже при повышенной скорости смены картинок.

Вначале Стетсон определил порог скорости, при котором добровольцы еще различали мигающее число. Затем он отправил их на пробный прыжок и попросил оценить, сколько длилось падение. Страховочная сетка была натянута на высоте 15 метров от земли, и падение продолжалось 2,49 секунды, однако все дали завышенную (в среднем на одну треть) оценку этого интервала. Похоже, время у них в сознании и правда замедлялось.

Потом Стетсон снова велел своим испытуемым прыгнуть, но уже с перцептуальными хронометрами, причем пороговую скорость смены картинок он сделал на треть выше той, которую показала проверка. Если время действительно замедляется, участники эксперимента должны были различить число во время падения.

В итоге Стетсон получил всего 19 результатов (одна из испытуемых не открывала глаз на протяжении всего падения). Но это неважно: никто из падавших не увидел числа. Стетсон написал в статье, где излагал итоги эксперимента: «Не удалось получить никаких подтверждений гипотезы о том, что субъективное время в целом движется замедленно во время пугающих событий».

Виной этому наша память о времени. Кодируя воспоминания об особенно эмоционально значимых событиях, мы обычно используем «систему записи с высоким разрешением». Мозг интерпретирует такое увеличение количества поступающих данных как увеличение времени, в течение которого произошло событие. Легко объяснимая ошибка.

Наше восприятие времени может искажаться и иными путями. Такие недуги, как шизофрения, и такие наркотики, как кокаин и метамфетамин, заставят наше личное, субъективное, время идти быстрее. А вот страдающие болезнью Паркинсона и любители марихуаны ощущают замедление времени. И, как мы уже знаем, с помощью псилоцибина можно даже приобщиться к вечности.

Изучение трюков, которые проделывает с нами время, способно помочь нам лучше разобраться, как и в каких областях мозга мы обретаем чувство времени. Сегодня большинство специалистов полагает, что у вас в голове множество часов, а не одни-единственные. Более того: похоже, процессы отсчета времени, идущие у вас в голове, имеют много общего с эйнштейновскими представлениями о том, что такое отсчет времени в масштабах Вселенной.

«Определенный интервал времени по-разному регистрируется независимыми хронометрами, помещенными в разные условия». Так полагают Каталин Бухуси и Уоррен Мек. Кстати, они должны поблагодарить за эту идею не Эйнштейна, а группу дрессированных крыс{274}. Исследователи особенностей восприятия времени часто дрессируют крыс так, чтобы грызуны ассоциировали разные рычаги с различными интервалами времени. К примеру, нажатие на один рычаг обеспечит угощение, если время между началом и концом звукового сигнала составляет 10 секунд или меньше, а на другой рычаг — если длительность сигнала составляет от 10 до 30 секунд. Третий же рычаг дает пищу, если звук длится 30–90 с. Назовем первый рычаг «10 с», второй — «10–30 с», третий — «30–90 с». Это так называемая трехпиковая процедура, и она вроде бы показывает, что крысы используют три независимых мозговых хронометра, каждый из которых они могут отдельно запускать, останавливать и сбрасывать.

В ходе остроумного эксперимента Бухуси и Мек использовали прерывание звукового сигнала непредсказуемыми и нечастыми паузами. Допустим, сигнал звучит в течение 15 секунд и затем прерывается на 10 секунд. В таком случае крысы нажимали на рычаг «10 с» на 30 секунд позже, чем обычно, на рычаг «10–30 с» на 20 секунд позже, а на рычаг «30–90 с» на 10 секунд позже, чем если бы они откликались на непрерванный сигнал.

Паузы разной длительности, прерывающие сигнал в разные моменты, дали целую серию откликов, анализ которых показал, что внутренние хронометры крыс вырабатывают сложную систему запусков, остановок и сбросов — в зависимости от начала, окончания и прерывания сигнала. По мнению исследователей, для достижения такого результата необходимо иметь как минимум три независимых внутренних хронометра. В крысином мозгу, по-видимому, не меньше трех хронометров. А может, и больше.

У нас уже сейчас есть неплохое представление о том, где могут располагаться некоторые их этих часов. Сканирование мозга показывает, что, когда мы пытаемся произвести отсчет времени, активируется, в частности, так называемое полосатое тело, находящееся к глубине переднего мозга. Полосатое тело — центральный узел передачи данных в базальных ядрах, контролирующих огромный диапазон мозговых функций. Любопытно, что болезнь Паркинсона негативно влияет как на способность полосатого тела выполнять свою работу, так и на способность больного оценивать интервалы времени{275}.

Префронтальная кора (та область, которая оказалась поврежденной у коховского пациента, разучившегося правильно оценивать время) также становится активной, когда мы пытаемся сосредоточиться на течении времени. При повреждении области, которая называется агранулярной лобной корой, дрессированная крыса утрачивает способность одновременно определять длительность двух различных стимулов, однако по-прежнему может определять длительность одного стимула.

И все равно мы пока не очень-то понимаем, как же мозг создает время. То, что он этим занимается, не подлежит сомнению. Время (по мнению биологов, которые изучают его появление в мозгу) — это, видимо, какое-то внезапно возникающее свойство: его порождает мозг определенной степени сложности. Тут-то мы и вернемся к физикам, тем более что конец главы не за горами.

Представьте себе, что время не течет. В своей замечательной книге «Сны Эйнштейна» американский физик Алан Лайтман ненадолго проделывает именно это{276}, замечая, что для молодых родителей очень подходит такое место, где их «прекрасная дочка с голубыми глазами и светлыми волосами никогда не перестанет улыбаться той улыбкой, которой она сияет сейчас, никогда не утратит этот нежно-розовый румянец». Если время не движется, говорит Лайтман, ваша теперешняя возлюбленная «никогда не увлечется кем-то другим, никогда не потеряет страсть, которая пылает в ее душе в это мгновение». Однако никто из нас не выбрал бы такое состояние, будь у нас такая возможность. Лайтман задает нам непростой вопрос: что лучше — прожить обычную жизнь, пройдя этой «юдолью скорби», или существовать в вечном довольстве, «застыв, словно бабочка в стеклянном ящике коллекционера»?

Физик Джеймс Хартл рассматривает сей вопрос не только с чисто умозрительной, литературной точки зрения. Мы просто обязаны иметь в голове поток времени, полагает он, иначе жизнь не могла бы развиваться{277}. В 2005 году Хартл опубликовал в American Journal of Physics довольно странную статью. Называется она «Физика момента под названием „Сейчас“». В ней описывается, что произойдет, если заставить разумное существо воспринимать время иначе.

Научная биография Хартла ошеломляет: один из основателей Института теоретической физики при Калифорнийском университете в Санта-Барбаре; автор множества статей по квантовой теории, часть из них написана совместно с Марри Гелл-Манном, нобелевским лауреатом, создателем кварковой модели ядра. В последнее время Хартл работает вместе со Стивеном Хокингом над теориями происхождения Вселенной. И при всем своем невероятном интеллекте Хартл не боится размышлять о, казалось бы, совершенно несущественных вещах, скажем, о том, как лягушка ловит муху.

Чтобы ее поймать, лягушка должна собрать информацию о положении и скорости насекомого: выяснить, где и как она, эта муха, движется, причем данные должны быть как можно актуальнее. Лягушка умрет с голоду, если будет обладать лишь сведениями десятисекундной давности. Отсюда ясно, заключает Хартл, зачем эволюция наделила наш мозг аппаратурой для восприятия и обработки времени. Чтобы питаться существами, стоящими ниже нас на эволюционной лестнице, требуется чувство прошлого, настоящего и будущего, а такое чувство попросту не может предоставить нам Вселенная с ее холодной релятивистской объективностью. Существа, чей мозг был способен ощущать течение времени, обладали конкурентным преимуществом, поэтому они выжили, и эта их черта стала еще сильнее развиваться. Мы обладаем чувством времени, потому что без него попросту не возникли бы как вид.

Чтобы подкрепить свою точку зрения, Хартл делает то, что не могло бы прийти в голову большинству из нас: он воображает роботов, по-разному создающих время, и пытается увидеть мир их глазами. И это печальное зрелище.

Возьмем, к примеру, робота, который обрабатывает информацию слишком медленно: мир проходит мимо него. У другого две разные версии «сейчас», всегда разделенные 10 секундами. Такой тоже не выживет, потому что создаваемое им время требует обработки большего объема информации, нежели у конкурента, обладающего одним-единственным «сейчас». Еще один робот лишен способности сохранять информацию, а значит, лишен и «прошлого», на основании которого он мог бы выстраивать простую, но полезную модель того, как работает мир: мы называем такую модель опытом. Без прошлого вы ничему не научитесь, а менее всего — тому, как муха движется в воздухе, так что выбор оптимального времени для охотничьего броска потребует от вас обработки чудовищных объемов информации. И вы опять-таки обречены на вымирание.

Наш мозг создает время единственно возможным путем, позволяющим нам выжить (с учетом законов физики, действующих в нашей Вселенной). Вот почему, говорит Хартл, субъективное прошлое, настоящее и будущее почти наверняка являются «когнитивными (познавательными) универсалиями». Но это не делает время реальным.

Время субъективно. Атомы, из которых состоит наше тело, будут испытывать его присутствие иначе, нежели те, что движутся сквозь Вселенную по-другому. То, как наше сознание ощущает время, зависит от обстоятельств, от принимаемых веществ, от среды, от недугов. Ньютоновское абсолютное время — иллюзия.

Что такое время? «Если никто не спрашивает меня, я знаю ответ, но если кто-либо попросит меня объяснить, что это, я не смогу». Такой ответ дал Блаженный Августин в 397 году. Вы теперь в более выгодном положении. Пожмите плечами, улыбнитесь и ответьте: «Никакого времени нет». Больше говорить ничего не нужно.

Джейкоб Броновски воспринимал собирание знаний как путешествие и приключение. Возможно, это самое захватывающее из всех приключений, какие только бывают. В конце концов, все эти приключения в материальном мире неизменно оказываются довольно бессмысленными.

Всего несколько десятков лет назад, казалось, смельчакам хватало возможностей для подвигов: добраться до одного из полюсов, совершить кругосветное плавание под парусом, подняться на Эверест или на северный склон горы Эйгер, пересечь ту или иную пустыню… Но в наши дни этот список существенно сократился. Эверест многолюден как никогда: чтобы взобраться на его вершину, достаточно лишь, по большому счету, следовать набору определенных правил и выполнять все предписанные ими действия, не отклоняясь от специальных тросов, которые прикреплены к склону горы и за состоянием которых следят специально обученные люди. В глазах искателей приключений Эверест как-то съежился. То же самое произошло и с диапазоном возможностей для тех, кто хочет совершить нечто необычайное. Приходится проделывать уже известные подвиги быстрее, или пользуясь всего одной рукой, или уменьшив количество помощников, снаряжения и т. п. В наши дни такие энтузиасты скорее стремятся узнать что-то о себе самих (например, о пределах своих способностей), нежели о тех землях, по которым они путешествуют.

Есть большое искушение точно так же рассматривать и науку — как область, в которой почти все уже сделано. Мы ведь выяснили структуру ДНК, расщепили атом, проследили, кажется, историю Вселенной с начала времен. За один только 2013 год ученые обнаружили неуловимый бозон Хиггса, неплохо изучили поверхность Марса и секвенировали геном неандертальца. Перед наукой встает все меньше проблем, разве не так?

Вовсе нет. И хотя куда больше ученых, чем прежде, сейчас занимаются лишь расстановкой точек над i, это следствие того, каким образом финансируется и управляется современная наука, а не того, что возможности для научных приключений иссякают. При всем нашем прогрессе, при всех наших открытиях неведомое по-прежнему маячит перед нами, дразня и призывая, словно еще не покоренная вершина, которая снится по ночам истинному альпинисту.

Трудности, мешающие нашему восхождению на эти научные вершины, многочисленны и разнообразны. Чаще всего эти проблемы носят технологический характер. Фримен Дайсон отмечает: «У истоков новых направлений в науке{278} гораздо чаще стоят новые инструменты и приборы, а не новые идеи». Иногда нам просто не хватает ресурсов для того, чтобы проверить на практике ту или иную хорошую мысль. А когда они появляются, мы проверяем новую гипотезу. К примеру, Зигмунд Фрейд еще столетие назад понял, что следует подвести нейрофизиологическую базу под психологию и психиатрию. И что же? Лишь сейчас начинает развиваться психонейроиммунология — по мере того, как в распоряжении ученых оказываются все более мощные инструменты для чтения состояний мозга и по мере того, как получаемые данные мы пытаемся согласовать с нашим пониманием иммунной системы, которое тоже пока весьма неглубоко.

Но иногда мы слишком погружаемся в изучение возможных сфер применения одной идеи, и нам не хватает времени на другую. Первоначальной идее Тьюринга о вычислениях всего несколько десятков лет, а мы продолжаем дивиться тому миру, который она породила. Его другое детище, гипервычисления, родилось примерно в ту же пору, но этой идее пришлось очень долго ждать, чтобы мы обратили на нее внимание. То же самое можно сказать об эпигенетике: в генетике столько всего требовалось изучить, и неудивительно, что биологи так долго пренебрегали ролью, которую играет среда в формировании наследуемых признаков.

Конечно, во многом тут следует винить человеческий фактор — модные тренды, причуды ученых, мелочную неприязнь. Идеи Ламарка были далеки от совершенства, но все же к ним еще давным-давно следовало бы отнестись куда благосклоннее: это могло бы ускорить развитие эпигенетики как отдельной области. Долгое пренебрежение к Ламарку обусловлено множеством причин. Тут и нехватка нужных приборов и методов, и людские слабости, и еще одна проблема, с которой постоянно сталкивается наука: иногда мы слишком быстро мчимся вперед, обгоняя самих себя и избирая легкий, но неверный путь. Стройная история генетики на поверку оказывается вовсе не такой стройной, да и сюжет Большого взрыва при более пристальном рассмотрении предстает вовсе не таким красивым и логичным.

Во многих других сферах тоже проходят десятилетия, прежде чем исследования принесут хоть какие-то плоды — просто в силу того, что здесь требуются годы и годы кропотливой, изнурительной работы. Наблюдения личностных характеристик и культуры за пределами человеческого мира далеко не сразу отвоевали себе место в науке. Методики таких штудий должны были отличаться особой строгостью, а их результаты — почти абсолютной неопровержимостью: иначе не удалось бы победить наши предрассудки. А многие идеи, возможно, так и не сумеют преодолеть наши врожденные пристрастия и стать общепринятым магистральным течением в науке. Исследователи уже почти целый век подбивают нас на создание химер типа «человек — животное», но до сих пор не ясно, готовы ли мы приветствовать появление таких организмов и вообще изменилось ли наше настороженное отношение к такой научной практике. Возможно, нашу настороженность лишь усилит обнаружение нашего тесного родства с животными.

Здесь наука сталкивается с одной из самых больших проблем. По мере своего развития она расширяет наши горизонты далеко за пределы повседневного опыта, и чем больше мы выясняем, тем более незначительными себя чувствуем. Многих очень встревожило открытие субатомного мира, где скромные частицы обладают почти божественными свойствами, намекающими на вездесущность и свободу от тирании времени. Точно так же мы ощущаем себя сброшенными с трона «царей мира», когда видим, что у членов популяций китов или пауков тоже есть культурные и «личностные» особенности, которые раньше мы считали присущими лишь человеку. Впрочем, может быть, из-за этого не следует так уж расстраиваться. Да, мы не очень отличаемся от животных, но кое-какие особенности у нас все же присутствуют. К примеру, Джейн Гудолл долго наблюдает обезьян, но так никогда и не видела, чтобы шимпанзе бились над квантовой теорией. Мы можем никогда не выиграть эту битву за понимание окружающей нас реальности. Но мы, по крайней мере, упорно сражаемся.

Наше мировоззренческое превосходство над человекообразными обезьянами{279} подчеркивает астроном Мартин Рис. Более того, он отмечает, что шимпанзе даже не знают о существовании такого повода для беспокойства, как квантовая теория. Так что будьте уверены: человек — существо особенное, хотя бы по части размышлений о том, что лежит за пределами его повседневных переживаний. Само существование космологии и квантовой теории (хотя их следствия порой и заставляют нас ощущать себя ничтожными песчинками) показывает, что мы — необыкновенные биологические существа. Может быть, в этом смысле люди все-таки обладают известной уникальностью. Но сегодня перед нами стоит вопрос: далеко ли мы можем зайти? А вдруг понимание каких-то аспектов реальности навсегда останется вне нашей досягаемости? Не исключено. Впрочем, это не значит, что мы должны опускать руки, даже если нам кажется, что никакого продвижения по этому пути достичь не удается.

Оксфордский ученый Роджер Пенроуз как-то раз придумал оптическую иллюзию — бесконечно восходящую лестницу. Он подарил эту идею художнику Маурицу Эшеру, который создал на ее основе свой шедевр «Восхождение и спуск». Эшеровский квадрат лестничных пролетов, по которым можно вечно подниматься (или вечно спускаться), служит отличной аналогией науки, которая вот уже много веков движется вверх по такой же лестнице. И нет никаких оснований считать, будто мы приближаемся к самой высокой ступеньке. Но не следует полагать, что этот подъем — занятие напрасное и лучше нам просто стоять на месте.

По мере того, как мы поднимаемся и поворачиваем на очередной лестничный пролет, определенные научные идеи снова и снова попадают в наше поле зрения, но при этом упорно не поддаются нашим усилиям. Мы уже рассказывали тут о некоторых из них. Квантовые основы биологии, Вселенная как компьютер, природа сознания — хорошие примеры научных проблем, которые остаются неразрешенными, несмотря на все наши исследования. Они по-прежнему пребывают на краю неопределенности. А значит, там же должны находиться и мы.

Край неопределенности — не статичная линия, а динамичный, постоянно меняющийся набор ответов. Иногда ответы нуждаются в пересмотре, иногда их даже приходится отвергать, так что мы неустанно продолжаем проверять, уточнять, двигаться вперед, иногда — вбок, а иногда — назад. Как же иначе? Возможна ли для человеческих существ какая-то другая модель поведения, кроме этих постоянных попыток раздвинуть границы знания и существования, даже если сами эти попытки лишь показывают меру нашего невежества? Ричард Фейнман замечал: «Куда интереснее жить не зная{280}, чем иметь готовые ответы, которые могут оказаться неверными».

Во многих смыслах край неопределенности похож на терминатор — линию на земной поверхности, которая делит ее на темную и освещенную Солнцем. По мере вращения планеты эта линия движется. Быстрота озарения Земли солнечным светом зависит от того, где вы находитесь и какие решения принимаете. Встаньте на экваторе, и терминатор помчится к вам со скоростью примерно полторы тысячи километров в час. Но по мере вашего движения к Северному или Южному полюсу линия начинает перемещаться все медленнее. Достигнув полюса, вы обнаружите, что терминатор вообще почти не движется (впрочем, тут многое зависит от времени года). На полюсе можно иногда, идя пешком, постоянно опережать эту линию, устраивая себе постоянный день или вечную ночь — как захотите. Можете даже повернуться и заставить Солнце восходить к западу от вас.

Наши решения, наш выбор — вот что определяет нашу жизнь. Одна из самых замечательных особенностей человечества состоит в том, что мы решили обратиться в сторону разгорающегося света, решили плясать на краю неопределенности. Да, в науке мы не всегда так уж сильны. Иногда мы избираем неверное направление, и Солнце восходит на западе, страшно нас смущая. Более того, развитие науки то ускоряется, то замедляется: терминатор, где неведение граничит с нашими знаниями, продвигается вперед очень неравномерно. Те, кто занимается наукой, основную часть времени проводят в утомительно-однообразных трудах, нередко приходя в отчаяние. Недели, месяцы, годы тянутся без существенных продвижений вперед, и в такие времена нередки мучительные сомнения: а что, если из тьмы невежества, окружающей нас, выхода нет? Прогресс почти всегда приходится добывать ценой неимоверных усилий. Может быть, именно поэтому мы испытываем такую радость (иногда смешанную с облегчением), когда впереди наконец забрезжит свет.

Неопределенность, движение вперед, радость, облегчение: можно ли дать более краткий перечень ингредиентов приключения? Собирание новой значимой информации иногда заставляет нас действовать на пределе своих возможностей. И замечательно то, что пионеры науки открывают новые и новые перспективы для следующих поколений исследователей. Наука испытывает наше упорство, но человечество, по сути, никогда не оказывалось побежденным. Всегда найдется энтузиаст, который откликнется на брошенный вызов и сумеет продвинуть науку — и нас — вперед.

Именно великие личности (такие, как Альберт Эйнштейн или Мария Кюри) привели нас туда, где мы сейчас. Будущее принадлежит тем, кто отважно — и даже с готовностью — пустится изучать сегодняшние неопределенности. Фантаст Рэй Брэдбери метко заметил: в науке{281} все «начинается с романтики — с представления о том, что все возможно». В этой книге мы повстречались кое с кем из нынешнего поколения романтиков, тех, которым поют свои заманчивые песни сирены, обитающие на краю неопределенности. Но на этом краю хватит места и другим храбрецам. Путешествие только-только начинается!