Мозок проти науки: факти, в які важко повірити
Здивування викликає кожна зустріч з чимось незвичайним, несподіваним, дивним. З чимось, що не поміщається в моїй голові, навіть якщо це строго доведений науковий факт.
Еволюція – це не спортзал і не інститут благородних дівчат. Еволюція не робить живі істоти сильнішими чи розумнішими лише заради того, щоб зробити їх сильнішими чи розумнішими, або щоб ці можливості стали в нагоді колись у майбутньому. Еволюція – це результат боротьби за існування тут і зараз. Види змінюються лише на стільки, скільки їм потрібно, щоб конкурувати з іншими видами і виживати – прямо зараз.
І людський мозок, 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, користуємося подібними ресурсами. Людина в процесі еволюції ніколи не вимагала знань про зірки або молекули.
Як наслідок, сьогодні існує значний розрив між нашими знаннями та нашими біологічними можливостями. Культурний прогрес відбувається набагато швидше, ніж біологічний. І чим більше ми накопичуємо знань про Всесвіт, тим більше ми в них губимося: наш мозок просто не може все це сприйняти.
Навколо невідповідності «серця» і «розуму» навіть сформувався свій фольклор: всілякі неймовірні факти покликані вразити і приголомшити. У переважній більшості випадків «вау-ефект» досягається простим способом: шляхом перерахунку шкали.
Жодна людина в світі не ходила до Альфи Центавра. Ніхто в світі ніколи не бачив електрон. Еволюція не обдарувала нас такими навичками. Але культура дізналася: ми знаємо, наприклад, що відстань до Альфи – найближчої до Сонця зоряної системи – становить трохи більше 40 мільйонів кілометрів, або 4,3 світлових років.
Класичний «божевільний факт» маніпулює цією абсолютно абстрактною величиною, щоб вона стала менш абстрактною. Він переводить її на давню «мову», якою до сих пір користується наше мислення. Можна, наприклад, перевести відстань до Альфи Центавра на футбольні поля або кількість кроків, або в вартість бензину при проїзді такої відстані на автомобілі. Навіть саме поняття «світловий рік» є прикладом перекладу з абсолютно незрозумілого на трохи більш зрозуміле.
Але складність наукового сприйняття дійсності далеко не обмежується довжинами, відстанями, величинами. Навпаки, набагато важче сприймати факти, які якісно суперечать здоровому глузду в його традиційному, ще «мавпячому» вигляді.
Факт #1. Час залежить від висоти
Можливо, найбагатшим джерелом достовірних, експериментально перевірених і практично застосовних, але абсолютно божевільних фактів є теорії Ейнштейна.
Якщо поставити годинник на вершину гори і такий же годинник біля її підніжжя, а через деякий час ви їх перевірите, годинник будуть йти по різному. Чим далі від поверхні Землі, тим слабкіше її гравітація, і тим швидше проходить час. Це не просто теоретичні розрахунки, а реальні експериментальні дані, які добре відомі вже сто років. Озброївшись точнішим годинником , вчені виявили розтяжку часу, навіть не піднявшись на гору: якихось тридцяти сантиметрів вистачило, щоб зареєструвати відхилення. Люди на десятому поверсі буквально і дослівно старіють швидше, ніж на першому.
Звичайно, ці ефекти настільки малі, що не грають ніякої ролі в повсякденному житті. Але критичними вони стають, коли відстань від Землі збільшується, а вимоги до точності вимірювання часу багаторазово зростають. Найвідоміший приклад – супутники GPS: без виправлень на «кривизну часу» вони були б абсолютно марні.
Йдеться про гравітацію. На думку Ейнштейна, це не просто сила, яка повинна бути «доставлена» з однієї точки в іншу частинкою або хвилею. Це кривизна простору-часу навколо тіл, які мають масу (а значить, і енергію). Наприклад, якщо ви стоїте на землі і кидаєте м’яч вперед паралельно їй, він фактично летить по прямій лінії. Але так як Земля – дуже важкий об’єкт, то в її околицях пряма вигнута. Простір і час нерозривно переплітаються, і спотворюються вони тільки разом. Тому маса Землі згинає не тільки траєкторію руху кулі, вона ще й деформує його рух в часі. Падаючи на землю, куля одночасно «гальмує» з нашої точки зору.
Факт #2. Сила тяжіння в блюдці
Гравітація взагалі пов’язана з масою дивацтв. Здавалося б, живі істоти звикли до земного тяжіння з з початку існування. Але якщо подивитися на це з позицій науки, гравітація виявляється одним з найзагадковіших – і суттєвих – явищ у Всесвіті.
Гравітація також важлива для людини, і не тільки наземна. Ви коли-небудь замислювалися про те, що практично вся енергія, яку використовують живі організми, в тому числі і ми, надходить від гравітації?.. Насправді, за винятком деяких бактерій і архей, живі істоти отримують свою енергію або від Сонця, або поїдаючи тих, хто отримав свою енергію від Сонця. Але звідки береться енергія самого Сонця?
Сонце – це величезна куля водню і гелію. Вона настільки велика, що сила тяжіння стискає її під власною вагою. Спрощуючи, можна сказати, що в надрах Сонця тиск досягає таких значень, що ядра водню з великою силою стискаються один в одного і зливаються з утворенням гелію. У цьому злитті виділяється багато енергії. Ядро Сонця знаходиться в стані безперервного термоядерного вибуху, що врівноважує стиснення зірки під власною масою – інакше поверхня Сонця продовжувала б падати всередину і руйнуватися. Через багато років радіація від цього дуже довгого вибуху досягає поверхні, а потім летить на Землю. Тут вона вловлюється пігментами рослин і бактерій, які переводять його в хімічну енергію, тобто в нашу їжу.
Факт #3. Ми живемо в минулому
Теорія відносності не вписується в рамки звичайного, тому що життя в цілому і наша еволюція зокрема протікають з дуже низькими швидкостями, в цей час простір і гравітація здаються постійними і стабільними.
З цим же пристосуванням до низьких швидкостей пов’язано, наприклад, наше відчуття поточного моменту. Ми не відчуваємо паузи між тим, що відбувається навколо нас, і моментом нашого сприйняття того, що відбувається. Навіть здійснюючи відеодзвінок до Австралії, ми схильні додавати затримку з’єднання до поганого підключення до Інтернету.
По суті, та ж Спеціальна теорія відносності накладає чітку межу на швидкість, з якою може рухатися все що завгодно – включаючи, наприклад, цифрові пакети даних або світло від об’єкта до наших очей. Справа не в тому, що в Австралії завжди поганий інтернет – навіть при миттєвій обробці сигналу швидкість зв’язку обмежена швидкістю світла. У звичайних умовах це непомітно, але на великих відстанях досить помітно.
Для трейдерів на біржі навіть кілька мілісекунд затримки можуть виявитися критичними. Найвідоміший приклад – зв’язок між чиказькою і нью-йоркською фондовими біржами. Прокладений в 1980-х роках оптоволоконний кабель петляв з боку в бік і подавав сигнал за 14 мс. Сьогодні цей же сигнал може подаватися за 8 мс пучками мікрохвильових променів, правда, за доступ до передавачів доведеться заплатити, причому чимало.
Так само наша здатність сприймати реальність обмежена: жодна інформація не рухається миттєво. Але дуже далеко в минуле нас викидає куди більш значущий фактор – передача нервового імпульсу. У порівнянні зі світлом сигнал в нейроні рухається зі швидкістю равлика: 0, 5-100 м / с. В результаті будь-який сигнал – від сітківки, вуха, шкіри, мови, носа або м’язів – затримується на досить помітний час: близько 0, 1 с. Наша свідомість живе в минулому. І ми цього навіть не знаємо.
Факт # 4. В середині огляду – порожньо
Мозок в цілому дивно пристосований для спрощення реальності, інакше життя було б вкрай некомфортним. Наприклад, якщо ви зараз підключите очі до телевізійного екрану, ви отримаєте перевернуте зображення з порожнім місцем посередині. Це дійсно та «сира картинка», яку мозок отримує від очей. А отримавши – ретушe. для вашої зручності.
Еволюція покращує нас стільки, скільки нам потрібно. У неї немає абстрактного почуття досконалості. Наші очі працюють добре – навіщо їх оновлювати далі? Наприклад, навіщо видаляти зоровий нерв в задню частину сітківки, якщо легше навчити мозок не помічати його?
Мозок не тільки ретушує «провали» в картинках, що подаються оком. З оптичного приладу ока очевидно, що зображення потрапляє в перевернутий екран сітківки. Мозок виправляє і цю технологічну недосконалість. А якщо надіти спеціальний пристрій, який на деякий час перевертає зображення, мозок незабаром знову адаптується: зображення знову перевернеться і стане нормальним, не приносячи при цьому ніяких незручностей. А якщо потім повернутися до нормального зору, то ще деякий час буде спостерігатися зворотний ефект – мозок побачить все в первісному, перевернутому вигляді.
Факт #5. Математика складніша, ніж ми думаємо
Спрощення реальності мозком не обов’язково має бути фізичним. Людина виробила унікальні здібності до абстрактного мислення, в тому числі і до математичних розрахунків. Але «біологічна арифметика» не завжди точна. Через це теж можуть виникати суворі, з точки зору науки, але «божевільні», з точки зору побутової логіки, факти.
Навіть рослини можуть «рахувати», якщо говорити узагальнено. 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 норму витрати запасів.
Що ж, наш мозок займається арифметикою безперервно, проводячи розрахунки ймовірностей, швидкостей, сил, рівноваги і т.д. Але за останні століття «культурна» математика з її числами і формулами неабияк обігнала таку несвідому, «біологічну» математику.
Класичний приклад – статистичні парадокси. Уявіть собі, наприклад, ігрове телешоу. Перед гравцем три двері, одна з яких – автомобіль, за двома іншими – дурні кози. Ведучий пропонує гравцеві вибрати навмання одну з дверей, щоб знайти машину. Він вибирає, наприклад, перший. Але досвідчений ведучий вирішує ще більше розпалити пристрасті в студії і замість першої відкриває треті двері, показуючи всім, що за нею стоїть коза. І тоді ведучий запитує гравця: «Ти хочеш передумати?».
Здавалося б, нічого не змінилося: машина все ще може перебувати як за першою, так і за другою дверима. «Навіщо змінювати рішення?» — думає гравець. Він відчуває непохитну рішучість – в ході еволюції мозок звик підключати його в будь-якій складній ситуації. Більшість людей відгукнуться на пропозицію ведучого відмовою.
Але простий математичний розрахунок показує: як це не парадоксально, але якщо в цій ситуації ви перейдете на другі двері, шанс виграти машину подвоюється! Аналіз причин парадоксу Монті Холла виходить за рамки нашої статті, але побачити це можна експериментально – просто багаторазово повторивши «гру» і порахувавши частоту перемоги в кожній з ситуацій.
Таких прикладів можна навести безліч. Наприклад, дуже складно пояснити нашому математично наївному мозку, що якщо об’єднати дві різні групи даних в одну, то інтерпретація цих даних може змінитися на протилежну.
Припустимо, є надходження на філологічний і математичний факультети. На філологічний факультет звернулося 80 жінок, з яких 30 були прийняті, і 20 чоловіків, з яких 5 були прийняті. 15 з 20 жінок і 50 з 80 чоловіків перейшли на математичний факультет. Якщо порахувати всіх претендентів разом узятих, то виявиться, що були прийняті 45% абітурієнтів і 55% абітурієнтів. Існує дискримінація за ознакою статі! До речі, з подібною проблемою Каліфорнійський університет в Берклі зіткнувся в 1973 році – справа навіть дійшла до суду.
Суд, на щастя, розібрався: якщо подивитися на дані окремо, то ситуація кардинально змінюється. У нашому прикладі на філологію вступили 37,5% жінок проти 25% чоловіків, а в математику вступили 75% жінок проти 62,5% чоловіків. Жінки всюди проходили з більшим успіхом, ніж чоловіки – але без поділу на факультети дані виглядають навпаки.
Ми щомиті аналізуємо, обчислюємо та інтерпретуємо навколишній світ. Навіть якщо щось здається цілком очевидним, не можна забувати, що при всіх своїх достоїнствах наш мозок далекий від досконалості.
Факт #6. Наш найближчий родич – одноклітинний мікроб.
Нарешті, окрему групу «смажених фактів» можна побудувати на жонглювання звичними, нехай і абсолютно штучними, категоріями – продуктами власної культури.
Біологи сперечаються про значення поняття «вид» вже більше ста років. З вищими організмами проблема дещо простіше: при статевому розмноженні легко перевірити, чи можуть види схрещуватися між собою і давати плідне потомство. Але як бути з бактеріями та іншими одноклітинними бактеріями, які розмножуються простим поділом власних клітин?
Відповіді на це питання ніколи не буде, адже природа не дбає про наше визначення видів. Визначення ми придумуємо самі, а потім сперечаємося про них, коли реальність не хоче вписуватися в їх рамки.
У 1951 році у афроамериканки Генрієтта Бракс була відібрано пухлинні клітини матки. Пацієнтка померла від раку через кілька місяців, але її клітини продовжували жити в пробірці – це був перший випадок, коли вченим вдалося провести такий експеримент.
З тих пір з’явилася величезна кількість інших безсмертних клітинних ліній, але клітини HeLa продовжують жити в культурі і використовуватися в наукових дослідженнях тисячами лабораторій. За 60 років їх кількість стали оцінювати в тонни, вони накопичили купу мутацій і хромосомних аномалій (HeLa зазвичай має від 76 до 80 хромосом, в порівнянні з 46 у людини), і в цілому вони пішли досить далеко від звичайної клітини людини.
Багато біологів вважають, що клітини HeLa і їм подібні – це не види Homo sapiens, а інші, одноклітинні види, які дуже близькі нам генетично, але існують окремо і незалежно від людини. Інші не згодні: такий вид (для клітин HeLa його охрестили Helacyton gartleri) не вписується в струнке еволюційне дерево, в якому одноклітинні мікроби відокремилися від тварин мільярди років тому і з тих пір слідували за ними по-різному. Якщо визнати HeLa окремим видом, то поява будь-якої ракової пухлини доведеться вважати еволюційним подією!
Але чому б і ні? Ракові клітини виникають в результаті мутацій, які дають їм можливість швидко ділитися. У більшості випадків це купірується імунною системою. Але деяким клітинам вдається «пробитися» і продовжити розмноження без оглядки на інші частини тіла. Як це, як не природний відбір особливо успішних бунтівних клітин, які раптом вирішили відмовитися від багатоклітинності?
Наукова реальність може бути незрозумілою, дивною, суперечливою. У цьому вина нашого власного мозку: його обмеження, умовності, звички і біологічні «установки». З іншого боку, чи робить це науку менш захоплюючою? Усвідомлення власних обмежень – це завжди перший крок на шляху до чогось дуже цікавого.
