Всё и разум. Научное мышление для решения любых задач

Билл Най

Всё и разум. Научное мышление для решения любых задач

© 2017 by Bill Nye

© Бродоцкая А., перевод на русский язык, 2017

© ООО «Издательство АСТ», 2018

* * *

Билл Най, Человек-физика, практически в одиночку привил любовь к науке целому поколению. В этой книге он предлагает рецепт, как направить эту энергию на спасение мира. Я подписываюсь. А вы?

Нил Деграсс Тайсон,астрофизик, Американский музей естественной истории

Билл Най – Человек-физика, но не только. Он еще Человек-разум, он показывает, как наш мозг перерабатывает информацию, прежде чем выдать идею. Знаете, на настольных играх и головоломках иногда пишут, что они для детей любого возраста? Эта книга тоже из таких.

QuesTlove,американский музыкант и продюсер

Перед нами Билл Най во всей красе. Он блистательно проводит грань между теми, кто барахтается в море информации, и учеными, которые применяют критическое мышление в поисках причины и следствия. Он приходит к выводу, что мы можем решить самые крупные проблемы, стоящие перед человечеством, задействовав коллективный разум. Эту книгу должен прочесть каждый.

Марк З. Джейкобсон,профессор гражданского строительства и методов охраны окружающей среды, руководитель программы «Атмосфера-Энергия» при Стэнфордском университете

Я познакомился с Биллом Наем в сонном бруклинском ресторанчике и сразу спросил его, почему он решил написать книгу, которая впоследствии вышла под названием «Неотрицаемое». Его ответ был столь же искренним, сколь и очевидным: «Потому что хочу изменить мир к лучшему». В ту же секунду я понял, что передо мной союзник и единомышленник. Я хочу сказать Биллу спасибо за то, что он не изменил своей мечте до самого конца работы над этой книгой – нашей третьей. А особенно я ценю в нем то, что он в частной жизни совершенно такой же, как и на публике: умный, любознательный, забавный и – да – оптимистичный, даже в самые изматывающие периоды работы над книгой.

Теперь, когда я вспоминаю те времена, я понимаю, что в большом долгу перед покойным Аланом Холлом, моим редактором в новостном отделе «Сайентифик Америкен», и перед Патти Адкрофт, моим главным редактором в «Дискавер», которые помогли мне понять, как важно хорошо писать, чтобы твои слова доходили до читателя. А если заглянуть в будущее, я благодарен своим дочерям Элизе и Аве за то, что они ежедневно напоминают мне, как тесно взаимосвязаны ощущение чуда и чувство социальной ответственности. Цель этой книги – изменить мир к лучшему… ради них, ради всей современной молодежи, ради всех будущих поколений.

Кори С. Пауэлл,сценарист

Со времен книги Карла Сагана «Мир, полный демонов» еще никому не удавалось так изящно показать, что наука отнюдь не сводится к цифрам и уравнениям – это мировоззрение. Билл Най, как и его предшественник Саган, прекрасный рассказчик и в своей книге «Всё и разум» умудряется сплести воедино науку, историю, политику и собственные увлекательные воспоминания в широчайшую картину мира и нашего места в нем. Прочитайте эту книгу и помогите изменить мир к лучшему!

Майкл Э. Манн,заслуженный профессор метеорологии, директор Центра наук о Земле при Пенсильванском университете

Наши лучшие учителя – и в школе, во взрослой жизни, – понимают, что образование не сводится к тому, чтобы за уши подтащить отбивающихся учеников к источнику истины, пока мы отчаянно пытаемся не захлебнуться в море цифр и фактов. Но лучше всех это знает Билл Най, обучивший физике всю Америку. В своей книге «Всё и разум» Билл Най расчищает дорогу к знаниям – перед нами, взрослыми, со всеми нашими семейными хлопотами, авралами на работе и неумением сосредоточиться, – точно так же, как и перед детьми: он выстилает ее простыми истинами, смешными шутками и уважением к читателю. Если Билл вам не по душе, с вами что-то не так. А если вам не понравилась эта книга, значит, вы плохо старались.

Майкл Найдес,главный сценарист и исполнительный продюсер программы «Билл Най спасает мир»

В своей прекрасной новой книге «Всё и разум» Билл Най напоминает нам, почему он по сей день служит верховным жрецом ботанства, которым по праву гордится. Каждая страница этой книги полна заразительной, пылкой любви к науке и познанию. Билл рассказывает о своей жизни в науке – с юных лет, когда его кумирами были Карл Саган и Стив Мартин, до успеха своей программы «Человек-физика» и до нынешних времен, когда Билл руководит Планетным обществом и ратует за борьбу с изменениями климата. Стиль Билла Ная, прозрачный и страстный, – призыв к оружию для всех землян, знакомых с научной грамотой, чей долг – изменить мир к лучшему. По словам самого Билла, «Информация – это твердая валюта ботанского мировоззрения», а значит, эта книга – подлинный рог ботанского изобилия.

Хизер Берлин, Ph. D., MPH,профессор психиатрии в Медицинской школе на горе Синай, телеведущая на каналах «PBS» и «Дискавери»

Мы можем изменить мир к лучшему. Я точно знаю. Приступим.

БИЛЛ НАЙ НАУЧИТ,

КАК СДЕЛАТЬ ВСЕ И СРАЗУ

Цель:

изменить мир

КАЖДЫЙ, с кем ты встречаешься, знает что-то, чего НЕ ЗНАЕШЬ ТЫ.

…

Что ХОРОШО ПРИДУМАНО, не может быть неправильно использовано.

…

Препятствия показывают ПЕРСПЕКТИВЫ.

…

Стой у ИСТОКОВ.

…

Думай КОСМИЧЕСКИ, поступай ЛОГИЧЕСКИ.

…

Сначала СОМНЕВАЙСЯ, только потом ВЕРЬ.

…

Если надо – ПЕРЕДУМАЙ.

…

ОПТИМИЗМ, ОТВЕТСТВЕННОСТЬ, УПОРСТВО.

Часть первая

Принципы жизни зануд и ботанов

Глава первая

Дао числа «фи»

Эта книга обо всем сразу. Обо всем, что я знаю, и обо всем, что стоит знать вам.

Звучит это, конечно, диковато, но я говорю совершенно серьезно. Мы живем в эпоху беспрецедентного доступа к информации. Когда вы берете телефон или включаете ноутбук и выходите в Интернет, в вашем распоряжении мгновенно оказываются триллионы триллионов байтов данных – а это единица с 24 нулями. Каждый год по Интернету бродит еще миллиард триллионов байтов данных – все, что угодно, от видео с котиками, как же без них, до загадочных, но невероятно подробных отчетов о результатах столкновений субатомных частиц на Большом адронном коллайдере. С этой точки зрения легко говорить обо «всем и сразу». Все, что мы с вами знаем, все, что нам нужно знать, уже здесь – протяни руку и бери.

Но несмотря на все эти головокружительные нули и единицы – коллективный разум миллиардов человеческих мозгов, – меня не покидает ощущение, что мы какие-то ужасно… глупые, что ли. Мы не пользуемся всей этой коллективной мудростью для решения масштабных задач. Мы не справляемся с изменениями климата. Так и не придумали, где взять надежный источник экологически чистой возобновляемой энергии, доступной всем и каждому. Очень уж часто люди погибают в автокатастрофах, которые можно было предотвратить, и умирают от болезней, которые можно было вылечить, очень уж часто им не хватает пищи и питьевой воды, не говоря уже о доступе в Интернет – коллективный разум, подобный пчелиному улью. Да, каналы связи сегодня работают как никогда, но от этого мы не стали щедрее и добрее друг к другу и не пытаемся лучше друг друга понять, предпочитая прятаться за стеной отрицания и предрассудков. Обилие информации позволило нам все знать, но, очевидно, мало просто знать. Надо уметь сортировать факты и претворять знание в действие – и потому-то я и написал эту книгу.

Я хочу увидеть, как человечество объединяется и меняет мир к лучшему. Я думаю, для подобных задач нужна и личность особого склада, человек, который умеет управлять бурным потоком информации, видеть все и сразу, но отбирать только нужное, только главное. Это требует предельно честного отношения к природе наших проблем, а еще – презрения к авторитетам в стремлении найти творческие решения. Законы природы и научный процесс не оглядываются на наши предубеждения и нашу политику. Они просто ставят пределы возможного, определяют внешние границы того, чего мы сможем достичь – или не сможем, если испугаемся трудностей.

К счастью, есть большая и постоянно пополняющаяся группа людей, которые именно так и думают и больше всего на свете любят применять орудия логики к решению самых неразрешимых на первый взгляд задач. Таких людей мы с детства называем «ботанами», и мне хватает смирения (читай – гордыни) причислять к ним и себя. Я посвятил жизнь тому, чтобы выработать у себя мировоззрение ботана и воспитать в себе восхитительные, хотя подчас и трудноуловимые качества, присущие этой породе людей: упорство в стремлении к высокой цели, стойкость, позволяющую не оставлять стараний, невзирая на препятствия, умение мириться с тем, что какой-то подход оказался тупиковым, и терпение, позволяющее изучать задачу с разных сторон, пока не станет ясно, как сделать шаг вперед. Если вы уже считаете себя одним из нас, давайте вместе постараемся чаще применять свое ботанство и занудство к решению важнейших насущных задач, а не только к мелочам и пустякам (хотя и на это у нас наверняка останется полно времени). Если же вы пока не считаете себя ботаном, все равно присоединяйтесь: в каждом из нас дремлет ботан, который только и ждет, когда его разбудит верно подобранная страсть. Вся моя жизнь была чередой подобных пробуждений, моментов озарения, когда я с новой силой осознавал, сколько радости приносит могущество физики, математики, техники и инженерного дела.

Именно такое озарение произошло со мной в одиннадцатом классе, когда я учился в школе в Вашингтоне и в первый раз пришел на урок физики повышенного уровня. Мы, ботаны, в таких случаях пускаемся в рассуждение о «золотых» денечках и норовим написать «фи-зика», и нам кажется, что это очень смешно. «Фи» мы любим неспроста. Дело в том, что «фи» – название греческой буквы φ, а о ней настоящий ботан знает много интересного. Например, очень многие научные термины позаимствованы из древнегреческого и когда-то писались через эту букву. Когда мы видим ученое слово, начинающееся на «ф», то сразу понимаем, что оно, скорее всего, древнегреческое, – вот, например, «физика» или «фосфаты». В современный язык науки эти слова чаще всего приходили через латынь. Поэтому в языках, использующих латиницу, они пишутся через «ph» – а все потому, что латинская буква «р» немного похожа на φ по форме (да, тоже ученое греческое слово на φ), а «h» римляне в свое время добавили, чтобы передать придыхание. Лингвисты называют это «транслитерация», что значит «передача через буквы». Много сотен лет назад какой-то заядлый транслитератор, возможно настоящий маньяк своего дела, придумал, что нужно добавить «h» к «р», и так и повелось, а ведь все могло бы быть гораздо проще. «Фи! Какое занудство!» – скажете вы, но для нас это комплимент.

Это небольшое отступление показывает, каково это, когда ты так погружен в какую-то тему, так φантастически очарован какой-то особенностью природы или человеческого опыта, так на ней сφокусирован, что окружающие считают тебя занудой и ботаном, – а главное, ты сам так считаешь. Чтобы от души насладиться словесной игрой с подменой буковок, я основательно изучил, что стоит за буквами φ, «ф», «ph» и «f». Я заметил, что большинство носителей английского языка произносят φ как второй слог в слове «вай-фай», однако греки обычно говорят «фи» – как в сказочной песенке «Фи-фай-фо-фух – слышу здесь ботанский дух». А еще у буквы φ есть интересные связи с физикой помимо лингвистических. Это математический символ, обозначающий золотое сечение, фундаментальную геометрическую пропорцию, широко представленную в биологии, экономике, а особенно в искусстве (отсюда, кстати, и шутка про «золотые» денечки). В статистике прописной буквой Φ обозначается мера корреляции между двумя независимыми факторами, позволяющая отличить причинно-следственные связи в научных экспериментах от случайных совпадений. Полезнейшая вещь!

Вам, наверное, кажется, что я наговорил вам всяких забавных пустяков, – но я настаиваю, что нет, здесь совсем другое дело. Одержимость греческой буковкой φ позволила мне накопить знания, которые меня несколько изменили – и вас тоже. Стремление докопаться до всех подробностей – главная черта моего подхода к решению задач, которого я придерживался всю жизнь. Не случайно, что это еще и главная черта племени ботанов. Приведу еще один довод в пользу своего пристрастия к деталям. Задолго до Интернета мои приятели говорили: «Погоди, вот сейчас Билл достанет словарь – тогда начнется настоящее веселье». Мне всегда интересно выяснять не только значения слов, но и происхождение – их этимологию. Но сейчас, пока я тут рассуждал о букве φ и диграфе «ph», я думал и о том, с чего началась эта цепочка рассуждений, – о физике, об изучении природы, особенно движения и энергии, о радости, которая охватила меня, когда я столкнулся с физикой в первый раз.

Слово «scientist» – «ученый» – ввел в обращение английский натурфилософ Уильям Уивелл в 1833 году. Раньше такие люди назывались, собственно, натурфилософами, – сейчас это звучит несколько диковинно, но тогда все так говорили. Философия – наука о познании; философы ищут способы выяснить, что истинно, а что нет; натурфилософия – это наука о том, что истинно в природе. То есть на современном языке ученый – это натурфилософ, ищущий объективные истины.

Мы ищем законы природы, которые позволят всем и каждому делать конкретные прогнозы результатов испытаний и экспериментов. Наука принадлежит всем, кто любит думать и ищет связи и закономерности в природе. Все отнюдь не сводится к математике, числам и измерениям – однако, представьте себе, именно математика придает прогнозам чарующую точность. Мы можем рассчитать движение далеких планет с такой точностью, что посадим на Марс ровер «Кьюриосити» или отправим за Плутон зонд «Новые горизонты» – и не промахнемся практически ни на метр. Мы можем измерить точный возраст скалы, которой миллиард лет, наблюдая распад заключенных в ней радиоактивных атомов. Математика и физика вместе обладают потрясающей силой. Именно поэтому они так привлекают ботанов – однако открытия, которые дарит физика, вдохновляют даже тех, кто никогда не планировал вгрызаться в числа.

Тот, кто подхватил «естественно-научную заразу», всегда склонен к отступлениям и микроманиям. Среди ботанов часто встречаются те, кто занимается на первый взгляд сущей ерундой или обожает копаться в очень мелких деталях какой-то области изучения. Например, живо интересуется названиями округов в Мэриленде и Миссисипи или титрами «Звездного пути». Я твердо убежден, что эти ботаны и зануды благодаря изучению мелких деталей узнают что-то новое и о картине в целом. Специалист по пустякам (пустяколог?) держит в голове словно бы каркас, на котором можно выстроить целую отрасль знаний, снабженный соответствующими полочками, чтобы класть туда новую информацию, которая, в свою очередь, обогатит общую картину.

Например, выучить названия округов гораздо проще, если хранишь в голове карту штата, где отмечены, какие округа с какими граничат. Названия, границы, расстояния по шоссе до столицы штата – все это куда легче запомнить, если заранее нанести все подробности на ментальную карту. Большая картина как каркас в сочетании с подробными представлениями об устройстве мира помогает лучше ориентироваться на дорогах округа, командовать парусным судном или делать нейрохирургические операции. Насколько я могу судить, это красной нитью проходит через все эпизоды моей биографии, которые сформировали меня как личность: детали дополняют картину в целом, а картина в целом организует детали. Может быть, достаточно просто знать, где на карте находится Мэриленд? Конечно, но дополнительные представления о внутреннем устройстве штата делают картину гораздо яснее – и неизмеримо ценнее.

Отрадно видеть, как глубоко привычки и манера поведения ботанов укоренились в культуре общества. Не так давно ботаны по определению были полной противоположностью главным заводилам и первым красавицам в классе. Сегодня одержимость деталями стала прямо-таки модной – причем не только в науке, а практически во всем. Знания обо всяких пустяках, которые когда-то считались прерогативой интеллектуальных игр на телевидении, уделом «знатоков», стали теперь основной темой светских вечеринок по четвергам в модных барах. Радует и другое. Сейчас, когда я пишу эти строки, самым популярным телесериалом считается «Теория Большого взрыва» – она еженедельно обгоняет в рейтинге все комедии, драмы и даже новости. Судя по всему, десятки миллионов человек отождествляют себя с горсткой отменных чудаков, которые, конечно, занимаются очень сложной наукой, но при этом проявляют самые человеческие черты и слабости.

Но как бы я ни любил ботанов и ботанскую культуру, не могу не отметить некоторые тревожные тенденции, наметившиеся в последние годы, не могу о них молчать. На поверхностный взгляд все очень многообещающе. Интерес к изучению физики, техники, инженерного дела и математики стремительно растет, и то, что программисты и предприниматели, занимающиеся продвижением технологий, стали в нашей культуре главными знаменитостями, просто прекрасно. Ведь наше общество все сильнее зависит от высоких технологий, и не миновать беды, если только избранные будут понимать, на каких научных идеях эти технологии основаны. Казалось бы, все лучше некуда. Крепнущая любовь к мелочам и болтовне на околонаучные темы – это же замечательно!

Однако нынешняя поп-версия культуры ботанов вызывает у меня тревогу, от которой никак не удается отделаться. Быть ботаном, заучкой, чудиком, например, фанатеть от комиксов, иногда бывает очень весело и интересно. Не исключено, что в результате возникнет сообщество людей, чья жизнь станет богаче благодаря общим интересам. Ежегодно на разные Комик-коны съезжаются тысячи человек. Однако это определенно не то же самое, что прилежно изучать физику, химию, биологию и математику с конкретной целью разобраться в хитросплетениях климата, вырастить пшеницу, устойчивую к болезням и вредителям, или пополнить ряды тех, кто в наши дни служит эталоном умницы-ученого, – исследователей космоса. Стремление стать ботаном вызывается тем же инстинктом, что и страсть к накоплению информации, но ведь главное – уметь применять знания, а это совсем другое дело и к тому же гораздо труднее. Это возвращает нас к первоначальной мысли: информация и ее применение – совсем разные вещи. Когда я с почтительным трепетом описываю ботанский склад ума, то превозношу достоинства мировоззрения, согласно которому надо собирать как можно больше информации и постоянно искать способы применить ее во благо.

Моему читателю, должно быть, очевидно, в чем разница между информацией и ее применением, однако общество в целом не всегда это понимает. На свете много шарлатанов и сектантов, способных выдавать ложные сведения и предрассудки за факты и логику. Я постоянно встречаю людей, которые отстаивают свою личную версию происхождения вселенной и человечества и тоже пытаются выдавать ложные сведения и предрассудки за факты и логику. Я сейчас говорю не об обычных верующих – я говорю о тех, кто приплетает общепринятые научные концепции к своим собственным квазифизическим теориям Большого взрыва (или черных дыр, или каких-то тайных способов «исправить» теорию относительности Эйнштейна). Кроме того, я часто – хотелось бы пореже – встречаю людей, которые эксплуатируют вырванные из контекста научные идеи для продвижения никчемных товаров, пропаганды политических догм, противоречащих объективным фактам, для запугивания общества или оправдания сексистских или расистских предрассудков, а еще чаще слышу о таких случаях. Иногда эти люди искренне убеждены, будто занимаются наукой, но на самом деле это не так. Подчас они даже причисляют себя к ботанам – но и это, конечно, не так. Они овладели жаргоном физиков и биологов, но не потрудились изучить классическую науку и современные представления о звездах и пространстве-времени, где эти звезды обитают.

И еще одна важная оговорка: всем нам вместе и каждому в отдельности легко сделать ложные выводы на основании слишком маленького набора фактов. Поверхностное знакомство с ботанским образом мысли этому, к сожалению, лишь способствует. Если вы выключили свет в своей комнате и в этот самый миг на улице под окном столкнулись две машины, легко сделать вывод, будто это вы вызвали аварию, выключив свет. Возникнет искушение дать себе зарок никогда больше не притрагиваться к выключателю, по крайней мере, когда мимо едут машины. Или дождаться, когда мимо проедет особенно вредный сосед, и защелкать выключателем изо всех сил.

Разумеется, это предельный случай, и всем очевидно, что проводить причинно-следственные связи здесь нельзя. Думаю, читатели без труда сделают вывод, что выключатель в доме, скорее всего, не имеет никакого отношения к вниманию за рулем (если, конечно, ваш выключатель не включает мощный прожектор, который светит прямо в лобовое стекло проезжающим автомобилям, а тогда выключите его поскорее, пожалуйста). Но что, если речь идет о явлении куда более сложном – например, если вы читаете, что люди, регулярно пьющие красное вино, меньше подвержены риску инфаркта? Или что у людей с тем или иным цветом кожи в среднем ниже IQ? А ведь бывали времена, когда очень влиятельные исследователи были убеждены, что между этими фактами есть связь. Можно ли им верить?

В случае подобных ложных корреляций одержимость деталями, свойственная ботанам, увы, не помогает. Читатель вправе заметить, что и связь между занятиями наукой и ботанским складом характера – тоже ложная корреляция: ботаны обожают детали и мастерски ими пользуются, но если ты обожаешь детали, это не значит, что ты умеешь мыслить критически, как ученый-ботан. Поиски причинно-следственных связей, одна из фундаментальных Φ в физике, требуют усердия и внимания. Но и тогда нужно быть постоянно начеку: не самообман ли это? Мало просто заучить несколько новомодных научных словечек или завести себе ботанское хобби. Невозможно изменить мир к лучшему, если не можешь разобраться, как правильно это сделать.

Когда я поступил в десятый класс престижной школы «Сидуэлл Френдс» в Вашингтоне, то и не подозревал, что все это вот-вот на меня обрушится. До этого я ходил в другие, обычные государственные школы в округе Колумбия, которые стремительно деградировали из-за неумелого руководства тогдашнего главы отдела народного образования, печально знаменитого Мариона Барри; впоследствии он несколько раз избирался на пост мэра Вашингтона, несмотря на обвинения в наркомании. Когда в соседней государственной школе застрелили ученика, мои родители решили, что надо что-то менять. Поэтому они решили отправить меня в частную школу и выбрали «Сидуэлл Френдс».

Мне пришлось попотеть, чтобы догнать соучеников и доказать, что я достоин там учиться. Однако через год я вполне освоился в новой школе. Мне вручили круглую логарифмическую линейку как ученику, достигшему «наибольшего прогресса» по математике. Для меня это было двойное признание. Мало того что я смог удержаться в школе, где программа была гораздо сложнее прежнего, – меня окружала культура, где ценились числа, умение видеть картину в целом и все прочие ботанские штучки, которые были мне так дороги – и дороги сейчас.

И это случилось. Я влюбился. Я влюбился в физику (φ-зику?) на уроках мистера Лэнга.

Как-то раз в одиннадцатом классе мы с моим приятелем Кеном Северином делали по собственной инициативе лабораторную работу – проверяли формулу для периода колебаний маятника, определяя, сколько секунд ему надо, чтобы качнуться. Если вы готовы следить за ходом нашей мысли, то этот период пропорционален квадратному корню отношения длины струны, цепочки или веревки, на которой висит груз, к ускорению свободного падения. (Если это для вас китайская грамота, посмотрите в Интернете. Уравнение маятника – лишь один из мириад интересных физических фактов и формул – φактов и φормул? – в Сети.) Мы сделали маятник. Вроде бы все шло хорошо, однако сопротивление воздуха и трение волокон веревки сильно тормозили наш первый опытный образец, и нам это не понравилось. Тогда мы подвесили маятник на длинной веревке, тянувшейся из-под самого потолка. Оккупировали лестничный пролет и повесили веревку на четыре этажа, прицепив к ней тяжелую гирю. И тогда оказалось, что мы двигались в верном направлении: уравнение предсказывало период колебания нашего маятника с приятной точностью. Ощущение было такое, что мы раскрыли великую тайну мироздания.

Наука и так называемое «критическое мышление» – термин, возникший не так давно, – требуют усердия и самодисциплины. Мы, люди, так славно устраиваем свою жизнь здесь, на Земле, благодаря способности делать прогнозы, выявив природные закономерности, а затем применять их себе на благо. Представьте себе, насколько проще вести крестьянское хозяйство, если умеешь считать дни и понимаешь, что такое времена года: точно знаешь, когда лучше всего сажать посевы и собирать урожай. Представьте себе, насколько проще стало первобытным людям охотиться, когда они уловили закономерности миграции дичи – главного источника белка в их рационе. Представьте себе, насколько интереснее было нам с Кеном Северином глядеть, как качается наш маятник, когда мы поняли, что он качается именно так, как мы предсказали, поскольку мы своими глазами увидели, как прекрасен причинно-следственный научный анализ: он и вправду работает!