Здравый смысл указывает на тот факт, что расположение клеток в теле нарушает областную схему. Согласно этой схеме, каждая клетка должна находиться в том месте, где ее соседи тоже являются клетками, сохраняя между ними ровно столько свободного пространства, чтобы оставаться для них чем-то не большим и не меньшим, чем клеткой. Вместо этого, большое множество клеток контактируют друг с другом, образуя твердую массу. Это может лишь означать, что они друг для друга являются ничем.

А (наслаивающиеся клетки эпителия) – пример клеток при контакте: отметьте, однако, что их ядра находятся на большом расстоянии друг от друга. В (клетки гиалинового хряща) – пример клеток, разделенных внешним цитоплазматическим матриксом.

В разделении клеток (описанном в предыдущей главе) важная функция цитоплазмы – обеспечивать место, в котором может проходить областная активность, и, таким образом, позволять клетке (представленной центросомами) отступать от самой себя.

Чтобы ответить на данное возражение, допустим, что мне поручили спроектировать большое тело животного, используя в качестве материала много маленьких тел животных. Части должны сохранять дистанцию, и при этом все, каким-то образом, должно удерживаться вместе. Единственный способ сочетать необходимую компактность структуры с необходимым расстоянием между частями – это поместить части в цитоплазматический матрикс, который сделает для них то, что кранцы делают для кораблей – сохранит между ними нужное расстояние. И когда я перехожу от теории к фактам, то именно такую картину я и наблюдаю. Ядро, явно самая важная структура клетки, окружено более или менее прозрачной цитоплазмой: таким образом, модель клеток моего тела обеспечивает тот факт, что ядра отделены друг от друга и сохранены областные приоритеты.

Безусловно, по-прежнему верен тот факт, что цитоплазма является неотъемлемой и необходимой часть клетки, а не только кранец или распорка. Однако она похожа на средства, при помощи которых поддерживается необходимая взаимная дистанция на других уровнях. Что делают люди при встрече? Обмениваются

рукопожатием. Между ними есть контакт, однако каждый остается в человеческой области другого. Как боксер держит на расстоянии оппонента, который его схватил? Отталкивает его на расстояние вытянутой руки и там его и удерживает. Вновь присутствуют и дистанция, и контакт. Как дети остаются на своих местах, танцуя в хороводе? Держатся за руки. И, таким образом, они образуют своего рода решетку или сетку, сеть проекции-отражения, в которой каждая единица находится там, где соседние единицы достигают статуса клетки.

Подобную «сетку» мы найдем на всех иерархических уровнях. Например, в каком-то смысле звезды имеют одинаковое протяжение в пространстве со своими гравитационными полями, и, таким образом, являются взаимопроникающими; а в привычном смысле они держатся в стороне друг от друга. Сохранение взаимного статуса всегда включает эти два кажущиеся несовместимыми требования – дистанции и устранения дистанции[39].

Что же тогда происходит на границе клеточной сетки? Самые отдаленные члены этого общества ассиметричны и являются основой того, что можно назвать открытой или ненасыщенной областью клетки. Когда мой приближающийся наблюдатель доходит до этой области, он присоединяется к этому сообществу клеток в месте, где оно способно принимать случайных посетителей. Он временно присоединяется к этому сообществу, заняв вакантное место. И условием его почетного членства является то, что каким бы ни был его первоначальный статус, здесь он будет считаться клеткой.

8. Пустое тело

Наблюдатель видит меня сначала как собрание клеток, а затем как одну клетку. Он подходит ближе, до тех пор, пока объект полностью не заполнит его поле зрения. Некогда бесконечно малая точка разрослась, став целым миром, огромным лабиринтом, чье содержимое струится подобно транспорту в столичном городе, увиденному сверху, в то время как вокруг полным ходом идет непрестанный снос и реконструкция[40].

Примеры молекулярной структуры, чтобы проиллюстрировать, какие формы она может принимать (на самом деле известны сотни тысяч разных соединений углерода, каждое – с собственным расположением атомов). Здесь наблюдатель перемещается по областям, где прямое видение должно уступить место более окольным методам. Электронный микроскоп, который хотя теоретически и может показывать наиболее крупные атомы, на самом деле еще не может проникать так далеко; однако при помощи рентгена можно фактически сделать фотографию структуры молекулы. И эти фотографии показывают, что диаграммы химика (из которых я привожу всего три примера), в принципе, достоверны. На самом деле химик – это молекулярный архитектор, знакомый с теми правилами планировки, которые позволяют ему сооружать бесчисленные структуры, неизвестные в природе.

Он замечает, что у клетки, в свою очередь, есть «органы» – члены внутри членов. Многое зависит от того, какую часть выбирают для более близкого рассмотрения. Предположим, наблюдатель выбирает ядро клетки, которая собралась делиться. Оно распадается на ряд нитеобразных хромосом, которые в свой черед подразделяются на факторы или гены, являющиеся носителями наследственности. Теперь он прибыл на пограничную территорию между «живым» и «мертвым», где некоторые единицы растут и воспроизводятся, тогда как другие, сопоставимого размера, этого не делают. Это сфера гигантских протеиновых молекул, про которые рентгеновский анализ показывает, что они имеют замысловатую структуру и очень разнообразны: в некоторых случаях их структура и форма напрямую связаны с макроскопическими функциями тела.

Каждая гигантская молекула оказывается огромным сообществом атомов – в основном водорода, углерода, азота и кислорода, – каждый из которых, в свою очередь, является сообществом «элементарных частиц». Однако эти частицы не заполняют атом в обычном смысле этого слова; на самом деле можно сказать, что атом почти полностью состоит из пустого пространства. В центре этой пустоты находится компактный набор частиц – некоторые с положительным электрическим зарядом, а другие (за исключением случая с водородом) незаряженные. А вокруг этого ядра, на изменяющемся и относительно огромном расстоянии, находится вращающееся облако, состоящее из отрицательно заряженных частиц (от одной до девяноста или больше), следующих по круговой и эллиптической траекториям. Все в целом чем-то похоже на солнечную систему, так как орбитальные тела имеют маленькую массу по сравнению с основным телом и вращаются вокруг собственной оси; более того, центростремительная электрическая сила, которая не позволяет им уклоняться от маршрута, подобна силе притяжения, удерживающей планеты на своих орбитах – обе они следуют закону инверсии квадратов.

Согласно физику, я являюсь атомами, а атомы – это объемы пространства, столь малонаселенные, что почти необитаемы. Неоднократно говорилось, что если атом увеличить до размера Эмпайр-Стэйт-Билдинг (или чтобы он был в два с половиной раза выше купола собора св. Петра в Риме, или что-нибудь в этом роде), тогда создалось бы впечатление, что его орбитальные электроны, и само ядро, имеют размер не больше горошины, и что если все субатомные частицы моего тела можно было бы собрать вместе в один компактный комочек, то этот комочек был бы слишком маленький, чтобы его увидеть невооруженным глазом. Эти сравнения, которые смешивают разные уровни, не нужно воспринимать слишком серьезно, однако они служат для того, чтобы донести тот факт, что, приближаясь к центру моих областей, современная физика полностью ликвидирует мою «плотность». Здесь много различной, необычайно бурной деятельности, но тот, кто действует, становится все более и более непостижимым по мере того, как он уменьшается в размерах, пока ему не грозит и вовсе исчезнуть. Оказывается, что это столь знакомое мне тело похоже на небо, редко усыпанное бессчетным числом звезд, поэтому для достаточно уменьшенного ученого я, скорее, представляю собой вопрос из области астрономии, чем из области физиологии или анатомии. С его точки зрения у меня гораздо больше общего с Млечным путем, чем с тем, как описывает меня здравый смысл – с компактной массой плоти и кости. Все, что я называю прочным и основательным – моя голова, весь мой организм, моя семья, моя страна, сам огромный земной шар, – для физика (так же, как и для Просперо) растворяется в воздухе, если и вовсе не превращается в эфемерное видение. И последняя любопытная деталь: вместе с тем этот воздух в состоянии наблюдать собственную эфемерность, а также сочинять этот абзац о самом себе.

9. Внутри атома

В начале этой главы мой здравый смысл побудил меня обратиться к науке, а не к философии, чтобы та сказала мне, чем же я являюсь. Ученый получает свои данные, проникая в суть вещей, считая, что то, что в них важно, не лежит на поверхности. Когда он исследует мою природу, его метод – в том, чтобы узнать, из каких я состою частей, и как они работают, и он может это сделать, только все больше и больше приближаясь ко мне.

Атомы 1) водорода, 2) гелия, 3) лития и 4) углерода, согласно классической модели Бора. Однако на самом деле классическая механика, с ее определенными траекториями, здесь не применима: путь электрона подвержен принципу неопределенности, и он, в сущности, становится неорганизованной структурой.

Результат нам знаком. Выходит, что сначала я являюсь человеком, затем – чем-то, напоминающим зоопарк, затем – чем-то, напоминающим галактику, и, в конце концов, чем-то, что простительно принять за вообще ничто. Более того, если закон равенства остается в силе, то мой ученый-наблюдатель претерпевает аналогичную трансформацию. Это, безусловно, гораздо больше и гораздо меньше, чем то, на что рассчитывал мой здравый смысл.

Но, как отвечает мне здравый смысл, закон равенства в силе не остается. Быть может, областная схема работает очень хорошо на человеческом уровне и вокруг него, и, быть может, она обладает некоторой долей философской вескости, но для науки она бесполезна; и (продолжает здравый смысл) чем дальше эту схему продвигать в области очень большого и очень маленького, тем меньше она на них распространяется. Например, утверждение, что только элементарные частицы способны воспринимать меня в качестве элементарных частиц, является или невероятно лестным по отношению к ним, или невероятно дерзким по отношению к ученым.

Модель электронного облака атома водорода (в том, что называется его состоянием 3s), представленная согласно принципам волновой механики.

На самом деле все как раз наоборот. Так как именно в человеческой области достоверность схемы вовсе не очевидна (заметьте, что я не осознаю, что держу свою голову там, а не здесь), и именно в областях очень маленького (и, как я покажу, очень большого) схема становится и вовсе очевидной, и неизбежной. Здесь ее не замечают только по причине ее чрезмерной очевидности. Ибо микроученый уже давно, на свой лад, работает в соответствии с принципом концентрических областей, населенных взаимными наблюдателями, которыми правят законы равенства и «где-то еще»-ости.

1) Гелий 2) Натрий.

Эти диаграммы, безусловно, схематичны и не пытаются отобразить орбиты электронов или реальное расположение частиц в деталях.

Я подхожу к конкретным примерам. Но сначала я должен предоставить, в самом маленьком возможном диапазоне, приблизительную схему структуры некоторых типичных атомов. Самый простой пример – атом водорода, у которого в качестве ядра единственный протон (или относительно тяжелая частица с положительным электрическим зарядом), уравновешенный единственным орбитальным электроном (или гораздо менее тяжелой частицей с отрицательным зарядом), который вращается вокруг него много миллионов раз в секунду. Следующий по степени сложности – атом гелия, у которого два орбитальных электрона соответствуют двум ядерным протонам. Кроме того, ядро гелия содержит два нейтрона[41] (незаряженные частицы, чья масса подобна массе протонов); но не они, а, скорее, протоны или единицы с положительным электрическим зарядом, определяют большую часть приоритетов атома и его место в периодической таблице элементов. Та же общая модель наблюдается во всех более тяжелых атомах: при так называемых обычных условиях число периферических электронов – которое может достигать 92 – такое же, как и число центральных протонов, и последние, как правило, связаны с весьма большим числом нейтронов. Неудивительно, что когда число электронов выходит за определенные пределы, некоторые вытесняются, и, как следствие, более тяжелые ядра окружаются несколькими электронными оболочками. У атома натрия, например, три таких оболочки, которые содержат, соответственно, два электрона, восемь электронов и один электрон – всего одиннадцать отрицательно заряженных единиц, которые уравновешиваются одиннадцатью положительно заряженными единицами в ядре атома. Ни у всех оболочек одинаковая вместимость: таким образом, внутренняя оболочка может вместить максимум два, следующая – восемь, третья – восемнадцать, и так далее. Тем не менее, внешняя оболочка никогда не вмещает больше восьми – оставшиеся прибавляются только когда начинается образование новой оболочки. И поведение атома очень сильно зависит от того, сколько электронов содержит эта внешняя оболочка. Когда она наполнена до отказа (вмещая восемь электронов или два – в случае гелия), атом химически инертен, или удовлетворен. С другой стороны, те атомы, у которых только один внешний электрон или им не хватает одного для полной оболочки из восьми, необычайно активны. Таким образом, атом натрия ведет себя так, будто хочет избавиться от своего единственного внешнего электрона, тогда как атом хлора ведет себя так, будто он жаждет получить дополнительный электрон, чтобы прибавить к его семи. Соответственно, когда эти два атома встречаются при подходящих условиях, они удовлетворяют потребности друг друга, объединяя свои силы в виде молекулы хлористого натрия, или обычной соли.

Молекула хлористого натрия. Единственный электрон атома натрия заполняет пустое место во внешней оболочке атома хлора, где он соединяется с электронным партнером с антипараллельным спином. Атом натрия остается соединенным с атомом хлора, т. к. теперь (испытывая недостаток в одном электроне) он имеет положительный заряд, тогда как атом хлора (будучи в полной мере воплотившимся электроном) имеет отрицательный заряд: имея противоположные заряды, они притягивают друг друга.

Вот мы и поговорили об общем распределении частиц, составляющих атом в его обычном состоянии. На самом деле у одного вида атома может быть множество разных состояний. Например, если он находится в звезде или даже здесь на земле, он может быть лишен некоторых или всех его циркулирующих электронов. Также не существует какой-то одной орбиты, по которой может двигаться электрон: когда атом впитывает квант излучения, электрон смещается на более широкую орбиту, а когда квант испущен, электрон вновь проскальзывает обратно. Но число возможных орбит строго ограничено. Все так, будто в пространстве вокруг ядра есть бороздки и электроны могут циркулировать только по ним: гребни между бороздками – своего рода «без-электронная» территория.

Однако на самом деле это описание, хотя и полезное в качестве вступления, не подойдет. На данном этапе необходимо упомянуть один неловкий, но очень важный факт – физик не может в полной мере точно определить поведение электрона. Его трудность в том, что любой эксперимент, при помощи которого обнаруживается электрон, до неопределенной степени его возмущает. (В принципе, возможно описать эксперимент, который позволил бы нам измерить положение электрона или его движущую силу или его кинетическую энергию или его угловой момент; но невозможно описать тот, который бы позволил нам предоставить всю эту информацию об электроне каким он является в данный момент. Определить один размер – значит оставить все остальные неопределенными. Например, пытаясь измерить энергию электрона в определенный момент времени, мы находим, что, измеряя энергию, мы теряем представление о времени, а измеряя время, мы теряем представление об энергии). Один из результатов состоит в том, что больше не существенно говорить о «точном месторасположении и движущей силе электрона в данный момент»: та величина, которая, даже в принципе, не может быть измерена – чудовище, которое лучше забыть[42]. То, что мы можем обсуждать и намереваться определить, это вероятность обнаружить электрон в данном месте в данное время, или вероятность того, что он в данном месте обладает данной движущей силой. Как следствие, если мы вообще хотим представить себе электрон, то мы должны видеть его сливающимся со своей орбитой, а орбиту – как рассредоточенную, или рассеянную. Это правда, что остается заметно выраженная орбита классической теории – но только в качестве обозначения того места, где вероятность обнаружить электрон наибольшая. Мы можем думать, что ядро атома окружено облаками-слоями различной плотности, или системой волн, чем-то похожих на те, что образуются на поверхности пруда, когда в воду бросили камень; главное – рассматривать их как «волны вероятности», а не как физические волны. И к ядру нужно относиться так же: оно заражено той же неопределенностью.

Физик не может точно определить протон или нейтрон. Все, что он может сделать – это выяснить шансы того, что он в определенный момент присутствует именно в этом месте, а не в том.

10. Атом и областная схема: атом водорода

А теперь давайте я расскажу о том, как эта очень странная история о структуре атома согласуется с не менее странным повествованием об областях из предыдущих глав этой книги. Я предлагаю взять рассказ физика о том, что происходит во мне на атомном и субатомном уровне, и, насколько возможно, перевести его на неспециализированный язык, чтобы его можно было сравнить с тем, что происходит во мне на других уровнях. Иначе получится, что мой приближающийся наблюдатель должен потерять память (а то и разум) при входе в каждую новую область и что его описание своего путешествия в целом будет абсолютно невразумительным.

Кривые распределения электрона для 1) обычного состояния атома водорода и 2) одного из его состояний высокого уровня энергии – при разных масштабах. Кривая показывает относительную вероятность обнаружения электрона на разных расстояниях от ядра; таким образом, на схеме (1) электрон больше всего времени проводит на расстоянии 0, 5292 А, чем на любом другом расстоянии. Заметьте, что в состоянии высокого уровня энергии электрон не сходит полностью со своей первоначальной орбиты, однако проводит большую часть времени в стороне.

Предположим, что он подошел ко мне очень близко – так близко, что я для него являюсь не более чем единственным протоном, или ядром водорода. Если областная схема здесь актуальна, то чего же здесь можно ждать? На что, в общих чертах, может быть похожа ситуация? 1) Наблюдатель находится в области, в которой я сведен всего лишь к протону: то есть, он находится в месте, которое обычно населено (если вообще населено) электроном. И ничего удивительного, если бы он стал там делать то, что делал в моей человеческой области – двигаться вокруг меня, чтобы рассмотреть меня со всех сторон. 2) Если то, чем он меня считает, будет более или менее постоянным, он должен в своих движениях вокруг меня придерживаться более или менее постоянного расстояния; и это вопрос, который меня очень волнует, т. к. постоянство моих характеристик неотделимо от регулярности в привычках моих наблюдателей. 3) Но в определенных рамках мое состояние, конечно, меняется. Если моя важность увеличивается, то подобающе, чтобы мой наблюдатель тут же удалился на более почтительное расстояние; или, если я стану уменьшаться, то он станет со мной более близко знакомым и менее отдаленным. 4) Этим переоценкам меня свойственно состояться с резкой внезапностью: прибыль или убыток происходят неожиданно, путем единовременно выплачиваемой суммы, а не оплаты в рассрочку[43].5) Однако на самом деле бессмысленно говорить о моих изменениях и о том, как их рассматривает мой наблюдатель, как об отдельных вещах: я изменяюсь для него или не изменяюсь вообще. То, чем является каждый из нас, он является в другом. Однако каждый должен проецировать на центр другого содержимое своего собственного, поэтому между нами происходит постоянный круговорот. Мы образуем пару проекции-отражения, или двухполюсную систему; мы дополняем друг друга и вместе с тем являемся противоположностями, как положительный и отрицательный полюса клетки. 6) Хотя у нас равный статус, мы не обязательно равны. Например, нет причины, по которой масса, которую мой наблюдатель приписывает мне, сильно отличалась бы от той, которую я приписываю ему, если они одинакового общего порядка. 7) Хотя мы должны ожидать обнаружить определенные фундаментальные условия на всех уровнях, мы должны быть готовы увидеть и очень большие различия. В частности, было бы странно, если бы мой наблюдатель, став достаточно маленьким и проворным, чтобы войти в мир элементарных частиц, сохранил бы нетронутыми все свои макроскопические способности и если бы ему удалось точно определить, например, мое положение и мою скорость. У него естественным образом появилось бы очень много неведения, в соответствии с его положением. Но парадокс в том, что это неведение, или, скорее, неуверенность – это правильный вид знаний, должная степень уверенности для этого низкого уровня: здесь не может быть речи о каком-либо случайном препятствии, который более опытные наблюдатели, будучи в том же месте, могли бы преодолеть. Конечно, возможно избежать любого вида неопределенности, но только удалившись на более высокий уровень, где протонам не место. Короче говоря, неопределенность моего наблюдателя – моя; таким я ему кажусь, и таким я и являюсь…

Часть картины «Лето» (1563) Джузеппе Арчимбольдо, из Венской картинной галереи. Арчимбольдо специализируется на подобного рода фантазиях.

Больше нет необходимости притворяться. Данное описание гипотетического наблюдателя протона, состоящее из семи пунктов, является не чем иным, как нетрадиционным описанием его орбитального электрона – электрона, который 1) вращается вокруг протона, 2) поддерживает более или менее постоянное расстояние, 3) поглотив энергию, удаляется на более широкую орбиту, 4) признает не меньше, чем целый квант энергии[44],5) имеет равный, но противоположный электрический заряд по отношению к протону, 6) имеет лишь долю его массы 7) и так же, как и протон, подвергается принципу неопределенности. На самом деле вряд ли я найду другого наблюдателя, который был бы так хорошо квалифицирован для того, чтобы подмечать, чем я являюсь на очень близком расстоянии. Подобно тому, как есть место – где-то на расстоянии ярда отсюда, – где меня принимают за человека, так же есть и гораздо более близкое место – химическая область или атмосфера[45], – где молекулы принимают меня за молекулы, и есть третье место – на расстоянии меньше чем сотой миллионной части дюйма, – где электроны считают меня не более чем протоном[46].

Мой наблюдатель-электрон является свидетелем этой последней оценки, патрулируя мою область протона – так же, как ночной сторож отмечает наличие помещения для хранения ценностей, так какходит вокруг него. Электрон не просто имеет относительно меня теорию – он ее энергично практикует. Вся манера его существования – замечательная демонстрация моего областного влияния, того, чем я занимаюсь, там, в области – отсюда, из центра. Только электрон, или что-то в этом роде, способен обнаружить, что я – протон, т. к. более наблюдательный и лучше оснащенный наблюдатель увидел бы во мне нечто большее. Причислить меня к категории бесконечно малых единиц – значит видеть меня в очень плохом свете. Важное открытие, которое может сделать только подслеповатый, состоит в следующем: только бесконечно малая частица может достичь надлежащей степени узости взглядов и незаметности.

Что же касается, тогда, самого протона, на еще более близком расстоянии, в самом центре? Чем он является по существу? Для современной физики такой вопрос лишен смысла. Частицу знают по тому, что от нее исходит, по ее областному влиянию[47], а о том, чем она является сама по себе, наука ничего сказать не может. На самом деле в центре ничего нет. Наука – по своей сути областное предприятие[48]. И именно здесь, на самых низких физических уровнях, наши здравомыслящие представления о простом месторасположении наконец-то выявлены как несостоятельные, и на их место приходит областная схема, с ее принципом «где-то еще»-ости[49].

<1 2 3 4 5...7 >

На страницу:

Перейти

3 из 7