Разбрасываю мысли
Шрифт:
Геометрия на малых расстояниях очень сильно флуктуирует. Эта идея открывает принципиально новые пути исследования природы электрического заряда, вакуума и элементарных частиц (с. 51).
Если эти общие рассуждения справедливы для флуктуации геометрии так же, как топология и кривизна пространства переменны, то вывод этот является решающим для физики на субмикроскопических расстояниях, для физики суперпространства. Суперпространство должно быть расширено от совокупности положительно определенных 3-геометрий [133] , обладающих одной топологией, до совокупности положительно определенных 3-геометрий, характеризуемых в свою очередь совокупностью различных топологий… Геометрия в малом колеблется не только от одного вида кривизны к другому, но и от одного типа микротопологии к другому… (с. 53–54).
Квантовые флуктуации геометрии порождают не только новые взгляды на природу электричества и вакуумных флуктуаций энергии, но и новую концепцию элементарных частиц как возбужденных квантовых состояний геометрии пространства (с. 60).
133
Здесь вводится понятие суперпространства, являющегося ареной действия геометродинамики. Если, говорит Уилер, мгновенная конфигурация частицы есть событие, заданное отдельной точкой в пространстве – времени, то мгновенная конфигурация пространства есть 3-геометрия, выступающая в роли отдельной точки суперпространства.
Если представление о флуктуации метрики воспринимается достаточно легко, то представление о колеблющихся топологиях требует разъяснения [там же]:
Чтобы достигнуть нового понимания природы электричества, достаточно поставить под сомнение старое представление о топологии нашего пространства: «пространство в малом – евклидово». Это представление справедливо только для повседневного опыта. Тому, кто летит над океаном на высоте нескольких миль, кажется, что поверхность океана ровная, т. е. обладает указанной евклидовой топологией. Но тот, кто в это же самое время находится в маленькой лодке среди океанских волн, видит совершенно противоположное. Он видит вокруг себя постоянно образующиеся и разбивающиеся в брызги гребни волн. Он понимает, что на сантиметровых и миллиметровых расстояниях поверхность воды еще более сложна и многосвязана. Неспокойный океан служит наилучшей аналогией геометрии на расстояниях порядка планковской длины, где тоже нет ни одной спокойной области (с. 52).
Концепция пространства, резонирующего между различными пенообразными структурами, является принципиально новым шагом (с. 80).
Мы в этой работе опирались только на вариабельность метрики пространства морфофизиологических признаков. Может быть, и нам надо идти дальше и говорить о флуктуации топологии? Топология, как это подчеркивает Уилер, первична, метрика – вторична. Расстояние между A и B будет в конечном счете определяться топологическими представлениями – разветвлением взаимосвязей между A и В. И, может быть, опираясь на флуктуацию топологии пространства, мы сможем гораздо более тонко описать поражающую нас в природе вибрирующую гармонию многосвязанности живого?
Но здесь все же уместен вопрос: сколь глубоко теоретическая биология будущего сможет погрузиться в современные, глубоко абстрактные (и потому неизбежно патологические с позиций здравого смысла) построения современной геометрии? К обсуждению этого вопроса с иных, чем у нас, позиций подходит и И.А. Акчурин [1973]:
…все явления жизни представляют собой также очень сложную пространственную и временную корреляцию определенных физико-химических процессов, представляющих свою, «органическую целостность», по нашему мнению, как раз благодаря «вступлению в игру» особых структур «склеивающихся» пространственно-временных точек современной алгебраической геометрии (с. 209).
Здесь речь идет о пространствах А. Гротендика [1972], в которых локально точки могут слипаться, склеиваться вместе, переставая быть замкнутыми – отделенными друг от друга.
Но эти высказывания все же носят еще слишком общий характер – они не несут той объяснительной силы, которая нужна для их предметного и биологического обсуждения.
Значительно более конкретно серьезная геометрическая проблема ставится в следующем примере из биофизики, рассмотренном Маниным [1980]:
Классические непрерывные системы, управляемые дифференциальными уравнениями, могут имитировать дискретные автоматы лишь при исключительно сложной структуре своего фазового пространства: обилии областей устойчивости, разделенных невысокими энергетическими барьерами… Между тем действие «генетических автоматов» мы пытаемся часто описывать именно такими механическими терминами. К самым известным парадоксам, к которым приводит такое описание, относится гипотетическая картина разворачивания двойной спирали в процессе репликации. В этой картине двойная спираль бактериальной хромосомы закручена примерно на 300000 оборотов. Так как ее удвоение в благоприятных обстоятельствах занимает 20 минут, согласно механической модели репликации, при разворачивании спирали часть хромосомы должна вращаться со скоростью не меньше 125 оборотов в секунду. Параллельно должна происходить сложная сеть безошибочных биохимических превращений (с. 15).
По-видимому, понимание таких ситуаций станет возможным, если расширить концепцию геометрии так, как это делает Уилер. Для ее характеристики, кроме топологии, дифференциальной структуры и метрики, он вводит еще понятие спина, характеризующего отношение [134] «положение – поворот» фигуры в пространстве. Тогда открывается возможность рассматривать более емкие – многослойные пространства с 2n– возможными спиновыми структурами в n– связанном пространстве [Уилер, 1970].
134
Уилер так объясняет смысл этого отношения: возьмем куб и углы его прикрепим эластичными шнурами к углам комнаты, выберем ось вращения. Повернем куб вокруг этой оси на 3600. Куб возвратится в свое прежнее положение, а шнуры – нет, они теперь скручены. Следовательно, взаимоотношения куба и его окрестности не определяются еще полностью его положением.
Все же трудно себе представить возможность самостоятельного онтологического существования множества различных пространств. Скорее можно говорить о различных геометриях как о разных грамматиках, необходимых для порождения различных текстов Мира. Единство Мира будет определяться тем, что все его тексты устроены так, что они опираются на грамматики геометрий. Геометрии существуют постольку, поскольку существует наблюдатель, воспринимающий порожденные ими тексты.
5
Какова может быть роль наблюдателя в построении теоретической биологии? Мы хорошо знаем, что в физической теории роль наблюдателя отнюдь не тривиальна. Может быть, можно даже утверждать, что физическая теория построена как своеобразный диалог между неким (иногда – абстрактным) наблюдателем и той реальностью, которая существует просто так, как она есть, не будучи никак выявленной. Во всяком случае, уже в классической механике, чтобы записать уравнения движения, наблюдателю надо задать геометрию пространства и указать, как на этом пространстве задаются координаты точки. В теории относительности вводится представление об ускоренном наблюдателе, который имеет линейки и часы и вводит в своей окрестности систему отсчета [Мизнер, Торн, Уилер, 1977, т. 1]. Еще сложнее обстоит дело в квантовой механике. Там говорят о квантовом состоянии системы, которое, будучи ненаблюдаемым, обладает самостоятельным существованием. Наблюдение рассматривается как взаимодействие этой системы с наблюдателем – аппаратурной системой. В результате этого взаимодействия происходит актуализация того, что ранее существовало лишь в своей статистически заданной потенциальности. Описание оказывается вполне четким для ансамбля исходов. Но как может быть предсказан результат некоего единичного опыта? Не вводится ли здесь скрыто представление об абстрактном метанабюдателе, делающем выбор, ограниченный по своим возможностям статистически заданной потенциальностью?
Наверное, уместно продолжить предложенное Уилером [Wheeler, 1981] сравнение двух реальностей – семантической и физической. Обе они раскрываются только через эксперимент, осуществляемый наблюдателем в обстановке некоторой неопределенности. В нашей системе представлений семантическая реальность – смысл Слова – раскрывается только после того, как построен Текст и смысл его воспринят наблюдателем, способным порождать фильтр понимания p (y/). Этот фильтр непредсказуем – он не существует у наблюдателя заранее, а возникает в результате его взаимодействия с Текстом [Налимов, 1979]. Каким-то похожим образом раскрывается и квантовомеханическая реальность. Вот как говорит об этом Уилер, сравнивая физический эксперимент с описанным им своеобразным семантическим экспериментом, направленным на раскрытие смысла слова [Wheeler, 1981]:
Подобным образом, экспериментатор может существенно влиять на то, что случается с электроном, путем выбора экспериментов над ним, но при этом он знает, что результат любого из измерений в значительной мере непредсказуем (с. 93).
Далее Уилер подчеркивает следующее высказывание Бора о физической реальности:
В реальном мире квантовой физики ни один элементарный феномен не является таковым до тех пор, пока он не станет зарегистрированным («наблюдаемым») феноменом (с. 93).
В нашей модели, обращаясь к геометризации, мы говорим, что морфогенетические признаки как-то упорядочены, или, лучше, соотнесены с числовым континуумом. Здесь, если хотите, сама Природа выступает в роли наблюдателя, осуществляющего это соотнесение. Далее мы говорим о функциях распределения – в современном бейесовском понимании это не более чем мера, задаваемая на множестве наблюдателем, которого мы опять можем идентифицировать с самой Природой. Если мы теперь обратимся к существующим биологическим теориям, скажем, к теории эволюции Дарвина или к современной синтетической теории эволюции, то создается впечатление, что там все обходится без обсуждения роли наблюдателя. В то же время мы знаем, что в мире живого человек издревле оказывается в роли активного наблюдателя, способного создавать новые тексты Природы. Раньше он это делал, обращаясь к искусственному отбору. Теперь появилось более мощное и грозное (из-за своей непредсказуемости) средство – генная инженерия. Здесь парадокс: ничего подобного не могут сделать физики – они не способны создать новые физические миры, хотя все мы уверены, что мир физического проще, чем мир живого, и теоретически несравненно лучше осмыслен [135] . И если физическая теория допускает существование наблюдателя, часто абстрактного и действующего всегда в соответствии с некоторой концепцией, то в биологии действует реальный наблюдатель, свободный от концепций. Он готов выступать в роли демиурга – творца нового Мира.
135
Может быть, этот парадокс имеет следующее разрешение: физик, желающий создать новый мир, должен сделать немыслимое – изменить значение фундаментальных постоянных; перед биологом такая задача не стоит. В плане чисто гипотетическом, правда, можно допустить, что перед биологами, желающими создать новый мир, может быть поставлена и совсем необычная задача, выходящая за рамки генной инженерии. Выше мы уже говорили (ссылаясь на Моровица), что весь мир живого, несмотря на все его многообразие, состоит из очень небольшого набора исходных материалов. Может ли жизнь быть создана из других – имеющихся теперь под руками биохимиков материалов? Какая она будет, если это станет возможным? Во всяком случае, теоретическая биология должна будет созреть до понимания этой проблемы.