Таким образом, один способ, которым в конечном счёте может быть разрешена проблема тонкой настройки, состоит в том, что точными законами природы окажутся некоторые объяснения высокого уровня. Вытекающие из них следствия для микроскопического уровня вполне могут казаться тонко настроенными. Один из кандидатов - принцип универсальности вычислений, о котором речь пойдёт в следующей главе. Другой - это принцип проверяемости на опыте, ведь в мире, в котором законы физики не допускают существования проверяющих, эти законы запрещают также проверку себя самих. Однако в том виде, в котором эти принципы существуют сейчас и рассматриваются как законы физики, они носят антропоцентрический и произвольный характер - и поэтому представляются плохими объяснениями. Но, возможно, есть более глубокие версии, к которым эти варианты являются приближениями и которые являются разумными объяснениями, хорошо сочетающимися с объяснениями из области микроскопической физики, такими как второе начало термодинамики.
В любом случае эмерджентные явления играют существенную роль в объяснимости устройства мира. Задолго до того, как люди приобрели достаточно объяснительных знаний, они могли управлять природой с помощью эмпирических правил. Эмпирические правила можно объяснить, и эти объяснения касаются высокоуровневых закономерностей в таких эмерджентных явлениях, как огонь и камни. В далёком прошлом эмпирические правила прописывались только в генах, и содержащиеся в них знания тоже касались эмерджентных явлений. Таким образом, эмерджентность - ещё одно начало бесконечности: любое создание знания зависит от эмерджентных явлений и физически состоит из них.
Эмерджентность также обуславливает то, что открытия можно делать постепенно, открывая таким образом простор для научного метода. Частичный успех каждой из последовательности улучшающихся теорий равносилен существованию "слоя" явлений, которые очередная теория успешно объясняет - хотя, как потом оказывается, отчасти ошибочно.
Последовательные научные объяснения порой непохожи в том, как они объясняют свои предсказания, даже в той сфере, в которой сами предсказания похожи или идентичны. Например, объяснение движения планет, предложенное Эйнштейном, не просто исправляет ньютоновское, оно совершенно другое и отрицает, среди прочего, само существование ключевых элементов прежнего объяснения, таких как сила гравитации и равномерно текущее время, по отношению к которому Ньютон определял движение. Сходным образом теория астронома Иоганна Кеплера, утверждавшая, что планеты движутся по эллипсам, не просто исправила теорию небесных сфер, а отвергла существование таких сфер в принципе. Ньютон же в своей теории не заменил эллипсы Кеплера какой-то новой формой, а предложил совершенно новый способ описания движения законами, выраженными через величины, определённые путём перехода к бесконечно малым значениям, таким как мгновенная скорость и ускорение. Таким образом, в каждой из этих теорий движения планет игнорировались или отрицались основные средства, с помощью которых её предшественница объясняла то, что происходит в небе.
Это использовалось как довод в пользу инструментализма, и вот почему. Каждая последующая теория вносила в предсказания предшествующей небольшие, но точные поправки, и в этом смысле была лучше. Но поскольку объяснение в рамках каждой новой теории уничтожало объяснение, предложенное предыдущей, это предыдущее объяснение никогда не было верным, и поэтому нельзя рассматривать эти последовательные объяснения как развитие знания о реальности. На пути от Кеплера к Ньютону и далее к Эйнштейну наблюдается последовательность: нет необходимости в силе для объяснения орбит; сила, обратно пропорциональная квадрату расстояния, определяет любую орбиту; и снова нет необходимости в силе. Так как могла ньютоновская "сила гравитации" (в отличие от его уравнений, описывающих результат её действия) быть продвижением в области знаний человека?
Могла, конечно, и была таковым, потому что отвергнуть сущности, через которые теория объясняет явление, - это не то же самое, что отвергнуть всё объяснение. Силы тяжести не существует, но есть что-то реальное (кривизна пространства-времени), порождаемое Солнцем и обладающее силой, которая изменяется приблизительно по ньютоновскому закону обратных квадратов, и влияющее на движение объектов, видимых и невидимых. Теория Ньютона также правильно объясняла, что законы гравитации одинаковы для земных и небесных объектов; в ней было проведено новое для того времени различие между массой (мерой сопротивления объекта ускорению) и весом (силой, которая нужна, чтобы объект не упал под действием гравитации); согласно этой теории гравитационное воздействие объекта зависит от его массы, а не от других характеристик, таких как плотность или состав. Позднее теория Эйнштейна не только подтвердила все эти свойства, но и объяснила, в свою очередь, почему они таковы. Теория Ньютона также смогла делать более точные предсказания, чем её предшественники, и именно потому, что она продвинулась дальше, чем они, в понимании того, что на самом деле происходит вокруг нас. До неё даже у Кеплера были важные элементы подлинного объяснения: орбиты планет и в самом деле определяются законами природы; и эти законы действительно одинаковы для всех планет, включая Землю; Солнце и вправду играет в них определённую роль; а сами они действительно носят геометрический и математический характер и так далее. Благодаря возможности оглянуться назад, которую даёт каждая последующая теория, мы видим не только то, в чём предыдущая теория была ошибочна, но и то, что, когда её предсказания были верны, это имело место потому, что в них выражалась определённая истина о реальном мире. Таким образом, установленные ею истины продолжают жить в новой теории. Как говорил Эйнштейн, "лучший удел физической теории состоит в том, чтобы указывать путь создания новой, более общей теории, в рамках которой она сама остаётся предельным случаем".
Как я говорил в главе 1, объяснительная функция теорий считается главной не просто потому, что нам так хочется. От неё полностью зависит предсказательная функция науки. Также, чтобы обеспечить прогресс в какой бы то ни было области, нужно творчески варьировать именно объяснения, которые предоставляют существующие теории, а не их предсказания, и только так можно сделать догадку относительно следующей теории. Более того, то, как объясняются явления в одной области, влияет на наше понимание явлений в другой. Например, если кто-то считает, что фокус целиком основывается на сверхъестественных способностях фокусника, то это повлияет и на его суждения о теориях в космологии (таких как происхождение Вселенной или проблема тонкой настройки) и в психологии (как работает человеческий разум) и так далее.
Кстати, является определённым заблуждением мнение о том, что предсказания последовательно сменявших друг друга теорий движения планет были очень похожи. Ньютоновские предсказания прекрасно подходят для строительства мостов и лишь немного неадекватны при эксплуатации глобальной навигационной системы GPS, но они безнадёжно ошибочны при объяснении таких явлений, как пульсары, квазары или Вселенная в целом. Чтобы всё это правильно понять, нужны совершенно другие объяснения, которые и предложил Эйнштейн.
Такие большие смысловые скачки в последовательных научных теориях не имеют биологического аналога: у эволюционирующего вида в каждом поколении доминантная разновидность лишь слегка отличается от предыдущей. Тем не менее научное открытие - это тоже постепенный процесс; просто в науке вся постепенность и практически вся критика и отклонение плохих объяснений происходит в головах учёных. Как говорил Поппер, "пусть вместо нас умирают наши теории".
В этой способности критиковать теории, не связывая с ними всю свою жизнь, есть ещё одно, более важное преимущество. У эволюционирующего вида адаптации организмов в каждом поколении должны сохранять достаточную функциональность, чтобы поддерживать в организме жизнь и чтобы пройти все испытания, с которыми они могут встретиться, чтобы породить следующее поколение. А вот в науке промежуточные объяснения, ведущие учёного от одного разумного объяснения к другому, необязательно должны быть жизнеспособными. То же самое верно и для творческого мышления в целом. Это фундаментальная причина, по которой объяснительные идеи могут избавиться от парохиальности, а биологическая эволюция и эмпирические правила - нет.
Вот я и подошёл к главной теме этой главы - абстракциям. В главе 4 я отмечал, что порции знания - это абстрактные репликаторы, которые "используют" организмы и мозг (а значит, и влияют на них), чтобы достичь воспроизведения. Это объяснение более высокого уровня, чем эмерджентные уровни, о которых я говорил до сих пор. Утверждается, что нечто абстрактное - не физическое, как информация в гене или теория, - влияет на что-то физическое. С физической точки зрения в этой ситуации происходит только то, что один набор эмерджентных сущностей, таких как гены или компьютеры, воздействует на другие, хотя это уже является проклятьем для редукционизма. Но для более полного объяснения необходимы абстракции. Вы знаете, что, если компьютер обыгрывает вас в шахматы, это на самом деле делает программа, а не атомы кремния и не компьютер как таковой. Абстрактная программа физически воплощается как высокоуровневое поведение огромного числа атомов, но объяснить, почему она вас побеждает, невозможно, не ссылаясь также и на саму программу. Эта программа также воплотилась в неизменном виде, в длинной цепи различных физических субстратов, включая нейроны в мозгу программистов и радиоволны, возникавшие при скачивании программы по беспроводной сети, и наконец, в определённых состояниях носителей долговременной и кратковременной памяти в компьютере. Специфика этой цепочки воплощений может иметь значение при объяснении того, как программа попала к вам, но это не имеет отношения к тому, почему она вас победила: здесь всё дело в содержании знаний (в программе и в вас). Этот пример - объяснение, которое неизбежно ссылается на абстракции; а значит, эти абстракции существуют и действительно влияют на физические объекты так, как это необходимо для объяснения.
Специалист по вычислительным системам Дуглас Хофштадтер приводит хороший довод в пользу того, что для понимания определённых явлений объяснение такого типа необходимо. В своей книге "Я - странная петля" (I am a Strange Loop, 2007) он описывает специализированный компьютер, построенный из миллионов костяшек домино. Они стоят близко друг к другу, как часто забавы ради их располагают, на одном ребре, так что если толкнуть одну, она ударит по соседней, и весь ряд рухнет. Но костяшка домино Хофштадтера подпружинена так, что если толкнуть её, то через фиксированное время она возвратится в исходное положение. Значит, когда одна костяшка падает, по всей цепочке в направлении падения пойдёт волна или "сигнал", до тех пор, пока не достигнет тупика или уже упавшей костяшки. Собрав эти костяшки в сеть с циклами, разветвлениями и воссоединениями разветвившихся потоков, можно сделать так, что эти сигналы будут комбинироваться и взаимодействовать достаточно разнообразными способами, и в итоге из всей этой конструкции получится компьютер: сигнал, идущий по цепочке, можно интерпретировать как двоичную единицу ("1"), а отсутствие сигнала - как двоичный нуль ("0"), и путём взаимодействия между такими сигналами можно будет выполнять целый ряд логических операций, таких как "и", "или" и "не", а из них - составлять произвольные вычислительные процедуры.
Одна из костяшек играет роль сигнала "пуск": когда толкают её, доминошный компьютер начинает выполнять программу, реализованную в его циклах и цепочках. В мысленном эксперименте Хофштадтера программа вычисляет, является ли заданное число простым. Чтобы подать некое число на вход, в цепочку выстраивают соответствующее количество костяшек, а затем инициируют работу. За выдачу результата отвечает определённая костяшка, расположенная где-то в другом месте сети: она упадёт, если будет найден делитель поданного на вход числа, тем самым показывая, что оно не было простым.
Хофштадтер задаёт на входе число 641 (оно простое) и толкает костяшку "пуск". По сети туда-сюда прокатываются волны. Все костяшки входного числа 641 падают - это вычислительный алгоритм "считывает" входные данные, а затем они поднимаются и принимают участие в дальнейших замысловатых действиях. Процесс получается длинный, ведь такой способ выполнения вычислений весьма неэффективен, но поставленную задачу он решает.
Далее Хофштадтер представляет себе человека-наблюдателя, который не знает, зачем нужна эта доминошная сеть, но наблюдает за движением костяшек и замечает, что одна из них всё время твёрдо стоит на месте и на ней никак не отражаются ни нисходящие, ни восходящие волны.
Наблюдатель указывает на [эту костяшку] и спрашивает: "А эта почему никогда не падает?"
Мы-то знаем, что это выходной элемент, но наблюдателю это неизвестно. Хофштадтер продолжает:
Я приведу два возможных типа ответа для сравнения. Первый тип лежит на грани абсурда: "Потому что не упала та, что перед ней, дураку же ясно".
Или, если соседних было несколько: "Потому что не упали соседние".
Это отчасти верно, но только отчасти. Отвечающий просто ссылается на другую костяшку.
Так можно валить с больной головы на здоровую, с одного элемента на другой и получать ещё более детальные "глупые, но в определённой степени верные" ответы. В конце концов, проделав это миллиарды раз (гораздо больше, чем самих костяшек, потому что программа имеет "циклы"), мы придём к самой первой костяшке - "пуск".
В этот момент редукционное (сводящееся к высокоуровневой физике) объяснение будет по сути таким: "Эта костяшка не упала, потому что не вошла ни в одну картину движения, спровоцированную толканием костяшки "пуск"". Но это мы и так уже знаем. К этому выводу можно прийти, как мы только что и сделали, совершенно не напрягаясь. И это бесспорно верно. Но мы искали не такое объяснение, оно отвечает на другой вопрос - предсказательного, а не объяснительного характера, а именно: если упадёт стартовая костяшка, упадёт ли в итоге выходная? Этот вопрос поставлен на неправильном уровне эмерджентности. Чтобы ответить на него, Хофштадтер применяет другой способ объяснения, на правильном уровне эмерджентности:
Второй тип ответа: "Потому что число 641 - простое". А этот ответ, хоть и столь же верный (в некотором смысле даже гораздо точнее, чем нужно), имеет любопытное свойство: в нём вообще не говорится о чём-либо физическом. Не только внимание сместилось вверх к коллективным свойствам… сами эти свойства каким-то образом выходят за рамки физического и начинают работать с чистыми абстракциями, вроде простоты числа.
Хофштадтер заключает: "Смысл этого примера в том, что простота числа 641 - это наилучшее, и возможно, единственное объяснение того, почему одни костяшки падают, а другие - нет".
Немного поправлю: физическое объяснение тоже верно, и физические свойства домино тоже существенны в объяснении того, как простые числа связаны с конкретной расстановкой костяшек. Но аргумент Хофштадтера действительно показывает, что свойство простоты должно быть частью любого полного объяснения того, почему одни костяшки падают, а другие - нет. А значит, это отрицание редукционизма в отношении абстракций. Ведь теория простых чисел не является частью физики. Она относится не к физическим объектам, а к абстрактным сущностям, таким как числа, множество которых бесконечно.
К сожалению, Хофштадтер затем отказывается от своего же аргумента и впадает в редукционизм. Почему?
Его книга посвящена в основном одному конкретному эмерджентному явлению - это разум, или, как он говорит, "Я". Он задаётся вопросом, можно ли соответственно считать, что разум влияет на тело - заставляет его делать что-то одно, а не другое, с учётом всеохватывающей природы законов физики. Это так называемая дихотомия разума и тела. Например, мы часто объясняем свои поступки как результат выбора одного действия, а не другого, но ведь наши тела, включая мозг, полностью подчиняются законам физики, и для "Я" не остаётся ни одной физической переменной, на которую оно могло бы влиять, чтобы определить этот выбор. Вслед за философом Дэниелом Деннетом Хофштадтер в конце концов заключает, что "Я" - это иллюзия. Разум, говорит он, не может "воздействовать на материальные объекты", потому что "для определения [их] поведения достаточно одних только законов физики". Это и есть редукционизм.
Но, во-первых, физические законы тоже не могут ни на что воздействовать. Они только объясняют и предсказывают. И это не единственные доступные нам объяснения. Теория о том, что костяшка домино не падает, "потому что число 641 - простое (и потому что доминошная сеть реализует алгоритм проверки на простоту)", - объяснение весьма разумное. Какие могут быть к нему претензии? Оно не противоречит законам физики. Оно объясняет больше, чем любое объяснение, составленное исключительно в терминах этих законов. И ни одна из известных его вариаций не справится с этой задачей.
Во-вторых, этот же редукционистский довод равным образом должен отрицать, что атом может воздействовать на другой атом (в данном случае "заставлять его двигаться"), поскольку начальное состояние Вселенной вместе с законами движения определяет её состояние в любой последующий момент.