Наукові факти, в які важко повірити

47

Еволюція – не спортзал і не інститут благородних дівиць. Еволюція не робить живі істоти сильніше або розумніше просто заради того, щоб вони стали сильнішими або розумніші, або щоб ці можливості стали в нагоді їм коли-небудь в майбутньому. Еволюція – результат боротьби за існування тут і зараз. Види змінюються рівно настільки, наскільки їм це потрібно для конкуренції з іншими видами і для виживання – прямо сьогодні.

Як мозок людини, так і його уявлення про реальність формувалися мільйони років в досить обмежених умовах. Всі ми живемо на одній планеті, в дуже вузькому температурному діапазоні, маємо більш-менш однакові розміри, набір фізіологічних потреб, і використовуємо подібні ресурси. Людині в процесі еволюції ніколи не були потрібні знання про зірок або молекулах.

У природній історії пошук будь-якого рішення завжди слідував за виникненням проблеми: спочатку – високі дерева з соковитими листям, потім – довгі шиї у жирафів. Тільки з появою людини стало з’являтися «знання заради знання», і лише з приходом філософії і науки накопичення знань стало випереджати їх придатність. Спочатку ми досліджуємо білки екзотичних медуз – просто так! – а потім виявляється, що ці білки допомагають лікувати рак.

В результаті сьогодні утворився відчутний розрив між нашими знаннями і нашими біологічними можливостями. Культурний прогрес куди швидше біологічного. І чим більше ми накопичуємо знань про Всесвіт, тим більше в них губимося: нашому мозку всього цього просто не сприйняти.

Навколо неузгодженості «серця» і «розуму» навіть сформувався власний фольклор: всілякі неймовірні факти, покликані вразити і приголомшити. У переважній більшості випадків «вау-ефект» досягається простим способом: перерахунком масштабів.

Жодна людина в світі не ходив пішки до Альфи Центавра. Жодна людина в світі не бачив електрон. Еволюція не обдарувала нас такими навичками. Але культура навчила: ми знаємо, наприклад, що відстань до Альфи – найближчої до Сонця зоряної системи – становить трохи більше 40 мільйонів кілометрів, або 4,3 світлових роки.

Класичний «божевільний факт» маніпулює цією абсолютно абстрактної для нас величиною так, щоб вона стала менш абстрактною. Він переводить її на стародавній «мова», яким досі оперує наше мислення. Можна, наприклад, перевести до Альфи Центавра у футбольні поля або число кроків, або у витрати бензину при поїздці на таку відстань на автомобілі. Навіть саме поняття «світлового року» – приклад перекладу з зовсім незрозумілого на трохи більш зрозуміле.

Але складність наукового сприйняття реальності далеко не обмежується довжинами, територіями та кількостями. Навпаки, куди важче сприйняти факти, якісно суперечать здоровому глузду в його традиційній, ще «мавпячої» формі.

Факт № 1. Час залежить від висоти

Мабуть, найбагатший джерело достовірних, експериментально встановленим вимогам і практично застосовних, але зовсім божевільних фактів – це теорії Ейнштейна.

Якщо поставити годинник на вершину гори і такі ж години – у її підніжжя, а через якийсь час їх звірити, то годинник буде йти по-різному. Чим далі від поверхні Землі, тим слабший її гравітація, і тим швидше тече час. Це не просто теоретичні побудови, а реальні експериментальні дані, які добре відомі ось уже сто років. Озброївшись годинами точніше, вчені засікли розтягнення часу, навіть не збираючись на гору: якихось тридцяти сантиметрів вистачило, щоб зареєструвати відхилення. Люди на десятому поверсі в прямому і абсолютно буквальному сенсі старіють швидше, ніж на першому.

Звичайно, ці ефекти настільки малі, що в повсякденному житті не відіграють ніякої ролі. Але вони стають критичними, коли відстань від Землі збільшується, а вимоги до точності вимірювання часу багаторазово зростають. Найвідоміший приклад – GPS-супутники: без поправок на «викривлення часу» вони були б абсолютно безкорисні.

Роботи Альберта Ейнштейна не лише подарували світу найбільш впізнавану фізичну формулу, але й докорінно змінили наше уявлення про реальність / ©Wikimedia Commons

Справа тут в гравітації. По Ейнштейну, вона – не просто сила, яку потрібно «доставляти» з однієї точки в іншу часткою або хвилею. Це – викривлення простору-часу навколо тіл, що володіють масою (а значить, і енергією). Наприклад, якщо ви стоїте на землі і кидаєте м’яч вперед паралельно їй, то насправді він летить по прямій лінії. Але оскільки Земля – дуже важкий об’єкт, в її околицях прямо – значить викривлено. Простір і час нерозривно сплетені, і спотворюються вони тільки разом. Тому маса Землі згинає не тільки траєкторію м’яча, вона деформує і його рух у часі. Падаючи на землю, м’яч одночасно «гальмує» з нашої точки зору.

Факт № 2. Гравітація в тарілці

З гравітацією взагалі пов’язана маса дивацтв. Здавалося б, до земному тяжінню живі істоти звикли з початку часів. Але якщо поглянути на неї з позицій науки, гравітація виявиться одним з найзагадковіших – і істотних явищ у Всесвіті.

Важлива гравітація і для людини, причому не тільки земна. Ви коли-небудь замислювалися про те, що практично вся енергія, яку використовують живі організми, включаючи нас, відбувається гравітації?.. У самому справі, за винятком деяких бактерій і архей, живі істоти отримують енергію від Сонця, або поїдаючи тих, хто отримав енергію від Сонця. Але звідки виникає енергія самого Сонця?

Сонце – гігантський термоядерний реактор, який забезпечує енергією все живе на Землі / ©NASA

Сонце – це величезна куля з водню і гелію. Він настільки великою, що гравітація стискає його під власною вагою. Спрощуючи, можна сказати, що в надрах Сонця тиск досягає таких значень, що ядра водню втискаються одна в одну з величезною силою і зливаються з утворенням гелію. При цьому злитті виділяється дуже багато енергії. Серцевина Сонця перебуває в стані безперервного термоядерного вибуху, який врівноважує стиск зірки під власною масою – інакше поверхня Сонця продовжувала б провалюватися всередину і коллапсировать. Через багато років випромінювання від цього дуже довгого вибуху досягає поверхні, а потім долітає до Землі. Тут воно вловлюється пігментами рослин і бактерій, які переводять його в хімічну енергію, тобто в нашу їжу.

Факт № 3. Ми живемо в минулому

Теорія відносності не вкладається в рамки звичного, тому що життя в цілому і наша еволюція зокрема протікають на дуже малих швидкостях, на яких час, простір і гравітація здаються постійними і стійкими.

З цієї ж пристосованістю до малих швидкостей пов’язано, наприклад, наше відчуття поточного моменту. Ми не відчуваємо паузи між тим, що відбувається навколо, і миттю свого сприйняття того, що відбувається. Навіть при відеовиклик в Австралію ми схильні списувати затримку зв’язку на погане інтернет-з’єднання.

Насправді все та ж Спеціальна теорія відносності встановлює чітку межу на швидкість, з якою може пересуватися все що завгодно, включаючи, наприклад, пакети цифрових даних або світло від об’єкта до наших очей. Справа не в тому, що в Австралії завжди поганий Інтернет – навіть при миттєвої обробки сигналу швидкість спілкування обмежена швидкістю світла. У звичайних умовах це непомітно, але на величезних відстанях цілком відчутно.

Для трейдерів на біржі навіть кілька мілісекунд затримки можуть бути критичними. Найвідоміший приклад – повідомлення між біржами Чикаго і Нью-Йорка. Прокладений у 1980-х оптоволоконний кабель петляв з боку в бік і доставляв сигнал за 14 мс. Сьогодні той же сигнал можна доставити за 8 мс пучками мікрохвильових променів, правда, за доступ до передавачів доведеться заплатити, і чимало.

Півстоліття тому торги на біржі здійснювалися вигуками та жестами. Сьогоднішні трейдери змагаються зі швидкістю світла / ©Getty Images

Точно так само обмежена і наша здатність сприймати реальність: ніяка інформація не переміщається миттєво. Але зовсім далеко в минуле нас відкидає куди більш значний фактор – передача нервового імпульсу. У порівнянні зі світлом, сигнал нейрона просувається зі швидкістю равлика: 0,5-100 м/с. В результаті будь-який сигнал – від сітківки, вуха, шкіри, мови, носа або м’язів – запізнюється на досить помітне час: близько 0,1 с. Нашу свідомість живе в минулому. І навіть не підозрює про це.

Факт № 4. В середині огляду – пусто

Мозок взагалі дивно пристосований спрощувати реальність, інакше життя було б вкрай незручною. Наприклад, якщо ваші очі прямо зараз підключити до телевізійного екрану, то вийшло б перевернуте зображення з порожнім плямою посередині. Це дійсно «сира картинка», яку мозок отримує від очей. А одержавши – ретушує для вашої зручності.

Еволюція покращує нас настільки, наскільки потрібно. У неї немає абстрактного почуття досконалості. Наші очі непогано працюють – навіщо їх модернізувати далі? Наприклад, навіщо прибирати зоровий нерв на задню сторону сітківки, якщо простіше навчити мозок його не помічати?

Мозок не тільки ретушує «провали» на картинках, що поставляються оком. З оптичного пристрою очі очевидно, що зображення потрапляє на екран сітківки перевернутим. Мозок коригує і це технологічне недосконалість. І якщо носити якийсь час спеціальний пристрій, переворачивающее зображення, то мозок незабаром пристосується знову: зображення перевернеться ще раз і стане нормальним, не приносячи ніяких незручностей. А якщо потім повернутися до звичайного зору, то якийсь час буде спостерігатися зворотний ефект – мозок буде бачити все в його первісному, перевернутому вигляді.

Проблема Монті Холла: дві з трьох дверей приховують козу, одна – автомобіль. Гравець навмання вибирає двері №1. Однак ведучий відкриває двері №3, за якій виявляється коза, і пропонує гравцеві змінити рішення на №2. Послухавшись поради ведучого, гравець підвищить свої шанси в два рази / ©Wikimedia Commons

Факт № 5. Математика складніше, ніж ми думаємо

Спрощення реальності мозком не обов’язково повинно бути фізичним. Людина розвинув в собі унікальні здібності до абстрактного мислення, у тому числі до математичними підрахунками. Але «біологічна арифметика» далеко не завжди точна. З-за цього теж можуть виникати суворі, з точки зору науки, але «божевільні», з точки зору побутової логіки, факти.

«Вважати», взагалі кажучи, вміють навіть рослини. Вони зазвичай накопичують енергію вдень, а вночі витрачають її на ріст і обмін речовин. Оцінюючи кількість накопиченої енергії і ділячи її на час, що залишився до світанку, рослина «розраховує» оптимальну швидкість споживання запасів.

Ну а наш мозок займається арифметикою безперервно, проводячи розрахунки ймовірностей, швидкостей, сил, балансу і т. д. Але за останні століття «культурна» математика з її цифрами і формулами неабияк обігнала таку неусвідомлювану, «біологічну».

Класичний приклад – статистичні парадокси. Уявіть, наприклад, ігрове телешоу. Перед гравцем троє дверей, за однією з яких – автомобіль, за двома іншими – дурні кози. Ведучий пропонує гравцеві вибрати навмання одну з дверей, щоб знайти автомобіль. Той вибирає, наприклад, першу. Але досвідчений ведучий вирішує ще більше розпалити пристрасті в студії і замість першої відкриває третю двері, показуючи всім, що за нею стоїть коза. І тоді ведучий запитує гравця: «чи Не хочете змінити своє рішення?»

Здавалося б, не змінилося нічого: машина досі може виявитися як за першою, так і за другими дверима. «Навіщо змінювати рішення?» – думає гравець. Він відчуває непохитну рішучість – її за час еволюції мозок звик підключати в будь-якій важкій ситуації. Більшість людей відповість на пропозицію ведучого відмовою.

Але нескладний математичний розрахунок показує: парадоксально, але якщо в цій ситуації перемкнутися на другу двері, шанс виграти машину збільшується у два рази! Розбір причин парадоксу Монті Холла виходить за рамки нашої статті, але ви можете переконатися в цьому експериментально – просто повторивши «гру» багато разів і підрахувавши частоту перемоги в кожній із ситуацій.

Подібних прикладів безліч. Наприклад, дуже складно пояснити нашому математично наївному мозку, що якщо з’єднати дві різні групи даних в одну, інтерпретація цих даних може змінитися на протилежну.

Припустимо, ведеться прийом на філологічний та математичний факультети. На філфак подали заяви 80 жінок, з яких 30 надійшли, і 20 чоловіків, з яких надійшли 5. На математичний факультет минуло 15 з 20 жінок і 50 з 80 чоловіків. Якщо перерахувати всіх абітурієнтів разом узятих, виходить, що прийнято було 45% абітурієнток і 55% абітурієнтів. Наявності дискримінація за статевою ознакою! До речі, з схожою проблемою зіткнувся в 1973 році Каліфорнійський університет в Берклі – справа навіть дійшла до суду.

Суд, на щастя, розібрався: варто поглянути на дані окремо, як ситуація різко змінюється. На філологію в нашому прикладі надійшло 37,5% жінок проти 25% чоловіків, а на математику – 75% жінок проти 62,5% чоловіків. Жінки скрізь проходили з великим успіхом, ніж чоловіки – але без поділу на факультети дані виглядають протилежним чином.

Ми аналізуємо, обраховує і інтерпретуємо навколишній світ кожну секунду. Навіть якщо щось здається абсолютно очевидним, не можна забувати, що при всіх своїх достоїнствах наш мозок далеко не досконалий.

Факт № 6. Наш найближчий родич – одноклітинний мікроб

Нарешті, окрема група «смажених фактів» може будуватися на жонглюванні звичними, хоча і абсолютно штучними, категоріями – продуктами нашої культури.

Біологи сперечаються про значення поняття «вид» не першу сотню років. З вищими організмами проблема дещо простіше: при статевому розмноженні легко перевірити, чи можуть види схрещуватися між собою і виробляти плодюче потомство. Але як бути з бактеріями і іншими одноклітинними, які розмножуються простим діленням власних клітин?

Відповіді на це питання не буде ніколи, тому що природі немає ніякого діла до нашого визначення виду. Визначення придумуємо ми самі, а потім сперечаємося про них, коли реальність не бажає укладатися в їх рамки.

У 1951 році у афроамериканки Генрієтти Лакс (Henrietta Lacks) була взята проба клітин пухлини матки. Пацієнтка померла від раку через кілька місяців, але її клітини продовжили жити в пробірці – це був перший випадок, коли вченим вдалося подібний експеримент (докладніше про цю дивовижну історію ми писали в номері за січень 2014 року, у статті «Вічне життя Генрієтти Лакс»).

З тих пір з’явилося безліч інших безсмертних клітинних ліній, але клітини HeLa продовжують жити в культурі і використовуватися в наукових дослідженнях тисячами лабораторій. За 60 років їх кількість стало обчислюватися вже тоннами, вони накопичили багато мутацій і хромосомних порушень (у HeLa зазвичай від 76 до 80 хромосом, порівняно з 46 у людини), і в цілому досить далеко пішли від звичайної людської клітини.

Багато біологів вважають, що клітини HeLa і їм подібні є не вид Homo sapiens, а інші, одноклітинні види, які дуже близькі до нас генетично, але існують окремо і незалежно від людини. Інші з ними не погоджуються: такий вигляд (для клітин HeLa його охрестили Helacyton gartleri) не вписується в струнке еволюційне древо, в якому одноклітинні мікроби відокремилися від тварин мільярди років тому і з тих пір йшли з ними різними шляхами. Якщо визнавати HeLa окремим видом, то тоді поява будь ракової пухлини доведеться вважати еволюційним подією!

Клітини HeLa / ©Alamy

Втім, а чому ні? Ракові клітини виникають в результаті мутацій, які дають їм можливість швидко ділитися. У більшості випадків це присікається імунною системою. Але деяким клітинам вдається «прорватися» і продовжити розмноження без оглядки на організм. Чим це не природний відбір особливо успішних повсталих клітин, раптово вирішили відмовитися від многоклеточности?

Наукова реальність може бути незрозумілою, дивною, суперечливою. В цьому вина нашого власного мозку: його обмежень, умовностей, звичок і біологічних «налаштувань». З іншого боку, хіба від цього наука стає менш захопливою? Усвідомлення власної обмеженості – завжди перший крок на шляху до чого-небудь біса цікавого.

джерело

Мітки:наука