мысли

Истина — это модель

Нейл Гершенфелд

Почему не стоит увлекаться правдоискательством. Перевод Константина Дьяконова.

Одно из самых расхожих заблуждений касательно науки заключается в том, что ученые ищут и обретают истину. Это не так — они создают и испытывают модели.

Когда Кеплер решил упаковать Солнечную систему в ряд Платоновых тел (правильных многогранников), он сделал несколько неплохих прогнозов, которые потом были усовершенствованы его законами движения планет, которые, в свою очередь, были усовершенствованы законами механики Ньютона, которые, в свою очередь, были усовершенствованы общей теорией относительности Эйнштейна. Кеплер не стал неправ из-за того, что прав оказался Ньютон, точно так же, как Ньютон не стал неправ из-за того, что прав оказался Эйнштейн. Перед нами последовательное развитие моделей, которые разнились в своих предположениях, точности, приложимости, но не в истинности.

Это совершенно не похоже на те поляризованные противостояния, которые определяют столь многое в нашей жизни: моя партия, или религия, или образ жизни правильны, или же ваши — правильны, а я в свои верю. И единственное, что нас объединяет, — это уверенность в собственной безошибочности и непогрешимости.

Построение моделей очень сильно отличается от провозглашения истин. Это бесконечный процесс открытия и совершенствования, а не война, в которой нужно победить, или цель, которой нужно достичь. Сомнения — это не слабость, а непременная часть процесса узнавания чего-то ранее непознанного. Ошибки — это свойства, обманутые ожидания — шанс совершенствования. И решения нужно принимать, исходя из того, что лучше работает, а не взывая к привнесенным извне знаниям.

Все это хорошо знакомо по собственному опыту любому ученому — или младенцу. Невозможно научиться говорить и ходить без лепетания и шатания, без экспериментов с языком и равновесием. Продолжающие лепетать младенцы превращаются в ученых, работа которых заключается в формулировке и испытании теорий. Но для того чтобы строить мысленные модели, вовсе не нужно обладать профессиональными знаниями — эти навыки даны нам от рождения. А вот что нужно, так это не подменять их уверенностью в абсолютных истинах, которая препятствует исследованию различных идей. Понять что-либо значит создать модель, с помощью которой можно будет прогнозировать и описывать реальность. Истина — это модель.

Отрицательный результат

Кевин Келли

Почему нужно стремиться к неудачам и что в них есть полезного. Перевод Константина Дьяконова.

Не получившийся эксперимент может быть почти столь же познавательным, сколь и удачный. Неудач не следует избегать, напротив — их стоит культивировать. И это наставление из мира науки оказывается полезным не только в лабораторных исследованиях, но и в дизайне, спорте, технике, искусстве, бизнесе и даже в повседневной жизни. Опытный графический дизайнер генерирует множество идей, зная, что большинство из них будет отброшено. То же относится в равной степени к любому — архитектору, электротехнику, скульптору, специалисту по стартапам, микробиологу. Стремясь к успеху, вы должны быть готовы учиться на веренице ошибок. Более того, вы должны осторожно, но сознательно подталкивать ваши удачные исследования или достижения до того момента, когда все начнет ломаться, валиться, стопориться, рушиться и срываться.

Неудачи не всегда были в таком почете. Собственно, большая часть сегодняшних неудач в мире по-прежнему не воспринимается как нечто полезное. Неудача — проявление слабости и зачастую постыдное клеймо, не дающее второго шанса. По всему миру детей учат, что неудача — это позор. Однако ростом своего влияния Запад во многих отношениях обязан терпимому отношению к неудачам. И действительно, многие иммигранты, воспитанные в культуре, не приемлющей неудачи, могут добиться успеха, как только оказываются в терпимой к неудачам среде. Неудача высвобождает успех.

Основным нововведением, которое наука привнесла в ситуацию фиаско, является способ управления промахами — они становятся небольшими, управляемыми, постоянными и отслеживаемыми. Провалы не то что подготовлены заранее, а направлены таким образом, что позволяют учиться каждый раз, когда что-то не удается. Это становится основанием для предупреждения ошибок.

Наука учится наилучшим образом использовать негативные результаты исследований. Вследствие высоких затрат на распространение информации их большая часть до сих пор остается неизвестной, тем не менее число публикаций о негативных результатах растет (включая эксперименты, в которых было показано отсутствие результатов). Сегодня они становятся еще одним существенным инструментом научного метода.

Идеей извлечения пользы из неудач окутан и родственный принцип: ломать вещи, особенно сложные, ради того, чтобы их улучшить. Часто единственный способ усовершенствовать сложную систему — форсирование разнообразных ошибок. Программное обеспечение обычно проверяется на качество инженерами, которые методично ищут возможность его повредить. Аналогично, чтобы найти поломку в сложном приборе, можно сознательно инициировать негативные результаты (временные сбои) в его функциях, которые позволят локализовать подлинный сбой. Опытные инженеры с уважением относятся к поломкам, что часто удивляет неинженеров. Тем не менее именно привычка извлекать пользу из негативных результатов — один из важнейших приемов в достижении успеха.

Циклы

Дэниел Деннет

Почему монотонное повторение — это основа благосостояния, сознания, и всей жизни на Земле. Перевод Николая Бабицкого. День сменяет ночь, за летом приходят осень, зима, весна, затем снова лето, осень и так далее, вода испаряется и вновь выпадает, наполняя озера, питая реки и все живое на Земле. Мир вокруг нас кишит циклическими явлениями, но не всякий осознает, что циклы всех пространственных и временных масштабов — от атомных до астрономических — служат моторами, приводящими в движение все прекрасные природные явления.

Николас Отто, построивший первый двигатель внутреннего сгорания в 1861 году, и Рудольф Дизель, создавший свою модификацию в 1897-м, изменили мир. Оба двигателя используют циклы — четырехтактный цикл Отто и двухтактный цикл Дизеля, которые, совершив работу, возвращают систему в исходное положение. Оба хитроумных механизма появились благодаря циклу технической разработки, изобретенному несколькими столетиями ранее. Куда более элегантный цикл был открыт Хансом Кребсом в 1937 году, но был разработан гораздо раньше: на заре земной жизни, в результате миллионов лет эволюции. Цикл Кребса — это восьмитактная химическая реакция, которая превращает топливо в энергию и питает ею все живое, от бактерии до вечнозеленой секвойи.

Биохимические циклы отвечают за движение, рост, восстановление и размножение в живом мире — это колесики, вращающие колесики, приводящие в движение колесики, часовые механизмы с триллионами движущихся частей, которые каждый раз возвращаются к исходному состоянию и начинают заново. Они выработались в репродуктивном цикле, поколение за поколением, эон за эоном, отбирая удачные технические решения.

Наши предки открыли эффективность циклов, додумавшись до важнейшей идеи в своей истории: роли повторений в производстве. Возьмите деревянную палку и проведите по ней камнем — за исключением нескольких царапин она никак не изменится. Проведите сто раз — и все останется как прежде. Но если вы будете продолжать и продолжать — и так несколько тысяч раз, вы сделаете из нее острую стрелу. Накапливая еле заметные изменения, циклический процесс порождает что-то качественно новое. На фоне однообразных, но бездумных и инстинктивных занятий других животных дальновидность и самоконтроль, необходимые для подобных проектов, сами по себе стали революционным открытием. И это открытие тоже, разумеется, стало плодом дарвиновского цикла, дополненного улучшенным циклом культурной эволюции, позволившим передавать свои навыки не детям вместе с генами, а соседям — через подражание.

Первый человек, сделавший из камня красивый ручной топор, должно быть, весьма глупо выглядел в процессе работы. Он сидел, часами стукая камнем безо всякого видимого толку, но каждый новый бездумный удар содержал в себе небольшое улучшение, практически незаметное глазу, приспособленному эволюцией для фиксации куда более стремительных изменений. Эта кажущаяся тщета временами обманывала даже биологов. В своей замечательной книге Wetware молекулярный биолог Деннис Брэй описывает циклы в нервной системе: в нейронных проводящих путях белки постоянно меняются — к ним то добавляются, то убираются фосфатные группы. Это производит впечатление бессмысленной работы, особенно если учесть, что каждая новая итерация лишает клетку одной молекулы — одной единицы бесценной энергии. Изначально циклические реакции этого типа называли футильными, то есть, по сути, тщетными. Но это неточное слово. Перестановки фосфатов — самая обычная химическая реакция в клетке, и играет огромную роль в происходящих тут вычислениях. Эти циклические реакции снабжают клетку важнейшим органом — гибким и быстро настраиваемым компьютером.

Слово «вычисления» отнюдь не случайно. Оказывается, вся магия сознания, так же, как и сама жизнь, зависит от самоповторяющихся процессов передачи информации — от конкретных биохимических реакций, до процесса сна и периодов церебральной активности и отдыха (это хорошо заметно на электроэнцефалограмме). Программисты исследовали мир всевозможных алгоритмов в течение столетия и до сих пор имели дело большей частью с миллионами вложенных друг в друга циклов. Полезно помнить, что эволюция есть лишь подвид накопляющихся, совершенствующихся циклов среди множества прочих.

Сторонники теории разумного замысла полагают, что если естественный отбор зиждется на репродукции, не может существовать дарвинистского решения проблемы возникновения жизни — самый первый живой организм должен был быть слишком сложным для самозарождения. Очевидно, тут не обошлось без чуда. Если представлять себе добиологический мир как хаотическое скопление химических веществ, подобных разрозненным частям пресловутого самолета, «самособравшегося в шторм», проблема возникновения жизни становится только хуже. Но если вспомнить, что ключевой процесс эволюции — циклические повторения, к которым принадлежит и генетическая репликация, — лишь один из множества вариантов, загадка превращается в задачу: как именно сезонные, водные, геологические и химические циклы, работающие на протяжении миллионов лет, со временем привели к условиям, в которых родились биологические циклы. Наверное, первые тысячи попыток были тщетными. Но как пел Коул Портер в одной из своих самых чувственных песен: посмотрим, что выйдет, «если снова и снова и снова пытаться». Хорошее правило: столкнувшись с чудесным явлением природы или сознания, ищи циклы — на них приходится основная работа.

Повседневная апофения

Дэвид Писарро

Почему наше чутье на причинно-следственные связи частенько нас подводит. Перевод Константина Дьяконова.

Человеческий мозг представляет собой удивительный прибор по выявлению взаимосвязей. У нас есть множество механизмов, позволяющих обнаруживать скрытые отношения между объектами, событиями и людьми. Без них то море информации, которое доходит до наших органов чувств, казалось бы беспорядочным и хаотичным. Но когда наши системы выявления взаимосвязей дают осечку, они имеют склонность ошибаться и замечать взаимосвязи там, где их в действительности нет. Немецкий невропатолог Клаус Конрад предложил термин «апофения» для описания этого явления у пациентов, страдающих определенными психическими заболеваниями. Однако из множества данных, полученных исследователями человеческого поведения, становится все очевиднее, что склонность видеть взаимосвязи там, где их нет, невозможно объяснить только лишь заболеваниями или недостатком образования. Здоровые образованные люди совершают похожие ошибки регулярно: суеверный спортсмен видит связь между победой и парой носков, которую он надевает на соревнование; родитель отказывается делать вакцинацию ребенку из-за кажущейся причинной связи между прививкой и болезнью; ученый видит результаты, подтверждающие гипотезу, в беспорядочных шумах; тысячи людей верят, что функция воспроизведения треков в произвольном порядке на их плеере не работает, так как ошибочно принимают случайное совпадение за значимую связь. Выявление взаимосвязей, ответственное в значительной мере за процветание нашего вида, может столь же легко нас подвести. Тенденция наблюдать то, чего нет, является, по всей вероятности, неизбежным побочным эффектом наших адаптивных механизмов обнаружения взаимосвязей. Но признать, отследить и предотвратить эту потенциально опасную склонность было бы легче, если бы простая идея «повседневной апофении» получила бы более широкое распространение.

Случайность

Чарльз Сейфе

Что такое три закона случайности и почему непредсказуемость дает нам возможность делать самые надежные предсказания.

Наш разум всеми силами противится идее случайности. В ходе нашей эволюции как биологического вида у нас развилась способность во всем искать причинно-следственные связи. Задолго до возникновения науки мы уже знали, что багрово-красный закат предвещает опасную бурю, а лихорадочный румянец на личике младенца означает, что его матери предстоит непростая ночь. Наш разум автоматически пытается структурировать полученные данные таким образом, чтобы они помогали нам делать выводы из наших наблюдений и использовать эти выводы для понимания и предсказания событий.

Идею случайности так трудно принять, потому что она противоречит базовому инстинкту, заставляющему нас искать в окружающем мире рациональные закономерности. А случайности как раз и демонстрируют нам, что подобных закономерностей не существует. Значит, случайность фундаментально ограничивает нашу интуицию, поскольку доказывает, что существуют процессы, ход которых мы не можем полностью предсказать. Эту концепцию нелегко принять, даже несмотря на то, что она является важнейшей составной частью механизма Вселенной. Не понимая того, что такое случайность, мы оказываемся в тупике идеально предсказуемого мира, которого просто-напросто не существует за пределами нашего воображения.

Я бы сказал, что лишь тогда, когда мы усвоим три афоризма — три закона случайности, — мы сможем освободиться от нашего примитивного стремления к предсказуемости и принять Вселенную такой, какая она есть, а не такой, какой мы хотели бы ее видеть.

Первый закон случайности: случайность существует.

Мы используем любые ментальные механизмы, лишь бы не взглянуть в лицо случайности. Мы рассуждаем о карме, об этом космическом уравнителе, который связывает явно несвязанные между собой вещи. Мы верим в хорошие и плохие приметы, в то, что «бог троицу любит», мы утверждаем, что на нас влияют расположение звезд, фазы Луны и движение планет. Если у нас обнаружили рак, мы автоматически пытаемся возложить ответственность за это на что-то (или на кого-то).

Но многие события невозможно полностью предсказать или объяснить. Катастрофы происходят непредсказуемо, и страдают при этом как хорошие, так и плохие люди, в том числе и те, кто родился «под счастливой звездой» или «под благоприятным знаком». Иногда нам удается что-то предугадать, но случайность может легко опровергнуть даже самые надежные прогнозы. Не удивляйтесь, если ваш сосед, страдающий ожирением и непрерывно курящий байкер-лихач, проживет дольше, чем вы.

Более того, случайные события могут притворяться неслучайными. Даже у самого проницательного ученого могут возникнуть трудности с различением действительного следствия и случайной флуктуации. Случайность может превратить плацебо в волшебное лекарство, а безобидные соединения в смертельный яд; и даже может из ничего сотворить субатомные частицы.

Второй закон случайности: некоторые события предсказать невозможно.

Если зайти в какое-нибудь казино в Лас-Вегасе и понаблюдать за толпой игроков у игральных столов, вы, вероятно, увидите кого-то, кто считает, что ему сегодня везет. Он выиграл несколько раз подряд, и его мозг уверяет его, что он будет и дальше выигрывать, поэтому игрок продолжает делать ставки. Вы также увидите кого-нибудь, кто только что проиграл. Мозг проигравшего, как и мозг победителя, также советует ему продолжать игру: раз уж ты проиграл столько раз подряд, значит, теперь наверняка начнет везти. Глупо уйти сейчас и упустить такой шанс.

Но что бы ни говорил нам наш мозг, не существует ни таинственной силы, способной обеспечить нам «полосу везения», ни вселенской справедливости, которая позаботилась бы о том, чтобы неудачник наконец начал выигрывать. Вселенной абсолютно безразлично, проигрываете вы или выигрываете; для нее все броски костей одинаковы.

Сколько бы усилий вы ни тратили на наблюдения за тем, как в очередной раз легли кости, и как бы пристально ни всматривались в игроков, считающих, что им удалось оседлать удачу, вы не получите абсолютно никакой информации относительно следующего броска. Результат каждого броска совершенно не зависит от истории предыдущих бросков. Следовательно, любой расчет на то, что можно получить преимущество, наблюдая за игрой, обречен на провал. Подобные события — не зависящие ни от чего и полностью случайные — не поддаются никаким попыткам найти закономерности, потому что этих закономерностей просто не существует.

Случайность ставит барьер на пути человеческого хитроумия, поскольку демонстрирует, что вся наша логика, вся наша наука и способность к рассуждению не могут в полной мере предсказать поведение мироздания. Какие бы методы вы ни использовали, какую бы теорию ни изобретали, какую бы логику ни применяли, чтобы предсказать результаты броска костей, вы в пяти из шести случаев будете проигрывать. Всегда.

Третий закон случайности: комплекс случайных событий предсказуем, даже если отдельные события — нет.

Случайность пугает, она ограничивает надежность даже самых утонченных теорий и скрывает от нас те или иные элементы природы, как бы настойчиво мы ни пытались проникнуть в их суть. Тем не менее нельзя утверждать, что случайное — синоним непознаваемого. Это вовсе не так.

Случайность подчиняется собственным правилам, и эти правила делают случайный процесс доступным для понимания и прогнозирования.

Закон больших чисел гласит, что хотя одиночные случайные события полностью непредсказуемы, достаточно большая выборка этих событий может быть весьма предсказуемой — и чем больше выборка, тем точнее предсказание. Другой мощный математический инструмент — центральные предельные теоремы — также показывает, что сумма достаточно большого количества случайных величин будет иметь распределение, близкое к нормальному. С помощью этих инструментов мы можем довольно точно предсказывать события в долгосрочной перспективе, независимо от того, насколько хаотичными, странными и случайными они будут в краткосрочном плане.

Правила случайности настолько мощны, что легли в основу самых незыблемых и неизменных законов физики. Хотя атомы в емкости с газом движутся хаотично, их общее поведение описывается простым набором уравнений. Даже законы термодинамики исходят из предсказуемости большого количества случайных событий; эти законы непоколебимы именно из-за того, что случайность столь абсолютна.

Парадоксально, что именно непредсказуемость случайных событий дает нам возможность делать самые надежные наши предсказания.