Светоч разума. Рациональное мышление в XXI веке

Возможно, когда-нибудь в будущем нам удастся прийти к более глубокому и более удовлетворительному пониманию природы света, но это лишь туманная надежда.

Кажется ли нам современное представление о свете удовлетворительным или нет, с точки зрения применений оно удивительно точно и невероятно полезно. Например, даже если точка в этом вопросе не поставлена, наших современных знаний о свете и об атоме достаточно для создания удивительных устройств, которые позволяют получить детальную картину происходящего внутри нашего тела. В частности, стало рутиной использование компьютерных томографов, основанных на методе построения послойных изображений с помощью (ядерного) магнитного резонанса. В больницах таким образом диагностируют опухоли, а в лабораториях изучают различные процессы внутри организма.

Работа компьютерных томографов основана на использовании свойств ядер атомов водорода в постоянном сильном магнитном поле и внешнем поле радиоволн. Тело человека примерно на три четверти состоит из воды; молекула воды (H₂O) содержит два атома водорода и один атом кислорода. Ядро атома водорода, состоящее из одного протона, можно представить себе как совсем крошечный магнитик, ориентированный в зависимости от магнитного поля, в которое он погружен, по-разному. (Магнитное поле можно представить себе как состоящее из силовых линий, вдоль которых “хочет” расположиться протон.) Помещенные в сильное магнитное поле компьютерного томографа мириады крошечных магнитиков-протонов быстро выстраиваются вдоль него. В этот момент на образец начинают подаваться радиоволны, и магнитики-протоны, поглощая энергию радиоволн, меняют свою ориентацию. В момент, когда поле радиоволн выключается, протоны возвращаются к своей исходной ориентации, испуская при этом только что поглощенную энергию в виде исходящих радиоволн. Но теперь эти радиоволны содержат полезную информацию о положении атомов водорода. Пришедшие обратно радиоволны обрабатывают с помощью очень быстрых компьютеров и таким образом удается получить точную картину внутренности тела.

Предположим, Мари страдает от сильной хронической головной боли. Она идет к врачу, который направляет ее на компьютерную томографию. Результат показывает, что в определенном месте в мозге Мари есть что-то, напоминающее небольшое новообразование. Вскоре делают операцию, и когда хирург открывает череп, он видит опухоль именно в том месте, где ожидалось, и она имеет точно те форму и размер, которые следовало ожидать, исходя из изображения, полученного при компьютерной томографии. Хирург вырезает опухоль, Мари вскоре выздоравливает, и теперь головных болей у нее нет. Это значит, что изображение, которое хирург видел перед операцией, было правильным. Какой вывод можно сделать из этой истории?

При создании магнитно-резонансного томографа были использованы теория электромагнитного излучения (магнитных полей), теория элементарных частиц, из которых состоят ядра атомов (в данном случае протонов), и представление о силах, описывающих их взаимодействие. Хирург обнаружил опухоль именно там, где ей и положено было быть. Означает ли этот потрясающий успех (наряду с миллионами других успешных применений этих теорий), что указанные теории идеальны? Конечно, нет.

Предположим на мгновение, что однажды будет доказано посредством различных экспериментов и космологических наблюдений, что теория струн дает гораздо более глубокое понимание природы элементарных частиц, чем у нас когда-либо было. (Теория струн, уже упомянутая нами вскользь, представляет собой очень абстрактную математическую попытку описать мельчайшие строительные блоки материи, но пока еще и не имеет эмпирического подтверждения. Тем не менее многие исследователи считают эту теорию очень многообещающей. Хотя только время покажет, насколько она справедлива.) В частности, предположим, мы узнаем, что протоны и другие элементарные частицы лучше всего рассматривать как бесконечно тонкие “струны”, “вибрирующие” в десяти или одиннадцати измерениях. Если такое произойдет – хотя это и было бы необыкновенным триумфом теории струн, – это ни в коем случае не будет обозначать, что опухоль Мари, обнаруженная при помощи компьютерной томографии (которая базируется на более ранних теориях, а не на теории струн), была иллюзией!