Этот правый, левый мир

Глава 18. «Проблема Озма»

В спорных научных вопросах, когда имеющиеся экспериментальные данные скудны, мнение ученых подчас испытывает колебания с быстротой и изменчивостью дамских мод. Сегодня носят длинные юбки, через год — короткие, потом — опять длинные. Когда я учился в колледже, среди астрономов была модной мысль, что планеты во Вселенной встречаются очень редко. В то время бытовала теория, по которой считалось, что Земля возникла в результате маловероятного столкновения или сильного сближения двух звезд. Очень возможно (так думали тогда), что жизнь в космосе ограничена Солнечной системой, а быть может, и Землей. Сегодня просвещенное мнение ударилось в другую крайность. Астрономы теперь подозревают, что планеты во Вселенной — самое обычное дело. Может быть, их миллиарды в одной только нашей Галактике, и на миллионах из них существуют условия, способствующие поддержанию разумной жизни. Если так, то кажется вполне вероятным, что жители некоторых таких планет, обладающие научными знаниями, которые не уступают нашим или превосходят их, могут попытаться связаться с другими планетами.

На основе такого предположения в 1960 году началась разработка проекта «Озма». Антенну мощного радиотелескопа в Грин-Бэнке (штат Западная Виргиния) направляли на различные звезды нашей Галактики в надежде услышать радиопередачу из другого мира.

Фрэнк Дрэйк, радиоастроном, руководивший проектом (осуществление которого временно приостановлено), — давний почитатель книг Баума о стране Оз. Он дал имя проекту в честь Озмы — правителя мифической утопии Баума. Это подходящее имя. Положение страны Оз неизвестно. Ее обитатели — «гуманоиды», но не обязательно «люди из плоти», похожие на нас (свидетельством тому Железный дровосек и Страшила). Кроме того, страна Оз окружена со всех сторон непроходимой Мертвой пустыней, которая губит каждого, кто коснется хотя бы песчинки. У одного из персонажей книги Баума, короля Номов, был слуга по прозванию Длинноухий слухач. У этого «нома» были уши размером в несколько футов. Прикладывая такое ухо к земле, он мог слышать звуки за тысячи миль. Радиотелескоп Фрэнка Дрэйка — это его собственный Длинноухий слухач. Он терпеливо слушает, надеясь поймать какой-нибудь зашифрованный сигнал или просто повторную передачу последовательности чисел, которая может прийти только из разумного источника, понимающего универсальные законы математики. Перспектива услышать такой сигнал поистине сказочна! Трудно представить себе переворот, который его прием произведет в нашем антропоцентрическом, неразрывно связанным с Землей образе мышления.

Что должны мы делать, если услышим такой сигнал? Физик Ян Жэнь-нин (мы еще услышим о нем позднее) предложил: «Не отвечайте!» Такая реакция не очень типична. Математики и логики уже заняты разработкой процедур, с помощью которых две планеты смогут медленно, шаг за шагом выработать общий язык для разговора друг с другом. В 1962 году Ганс Фрейденталь, датский математик, опубликовал первую часть своей работы с довольно претенциозным названием «Линкос: построение языка для космических сношений».

Несомненно, что некий импульсный код может быть использован для регулярной связи. После того как контакт установлен, передача зрительных образов будет уже несложным делом. В самом простом случае необходимо будет только разбить прямоугольник на тысячи квадратных ячеек, как лист миллиметровки, а затем, просматривая его сверху вниз и слева направо, передать двоичным кодом из единиц и нулей, какие ячейки квадрата следует закрасить. Более подробные картинки, вероятно, даже движущиеся телевизионные изображения можно будет впоследствии передать с помощью сканирующего луча. Большие временные интервалы (радиосигналу требуется четыре года, чтобы долететь до ближайшей звезды) вносят осложнения, но никто не сомневается в том, что планеты будут в конце концов общаться так же или почти так же просто, как две земные нации, говорящие на разных языках, — это лишь вопрос времени.

Обратил ли читатель внимание на выражение «слева направо», которое было использовано при описании способа чтения картинки-прямоугольника? Если обитатели далекой планеты — назовем ее краткости ради планетой X — просматривают свой прямоугольник не слева направо, у них получится картинка, являющаяся зеркальным отражением той, которую мы намеревались передать. Каким образом сообщить им, какой смысл мы вкладываем в слова «слева направо»?

Предположим, мы уже установили постоянную связь с планетой X с помощью языка, подобного линкосу, и картинок. Мы попросили обитателей планеты просматривать полученные картинки «сверху вниз» и «слева направо». «Вверх» — направление от центра планеты, «вниз» — к центру. «Вперед — назад» — тоже не проблема. Но установив смысл выражений «вверх», «вниз», «вперед» и «назад», как объяснить им смысл третьей пары направлений, «налево» и «направо»? Можем ли мы быть уверены, передавая им, скажем, изображение правой спирали, что они получат изображение именно правой спирали? Если они придают словам «слева направо» тот же смысл, что и мы, картинки совпадут, но если их направление считывания противоположно нашему, правая спираль на картинке воспроизведется на планете X в форме левой спирали. Короче говоря, каким образом сможем мы передать на планету X наше понимание правого и левого?

Вопрос головоломный. Хотя проблема эта старая, собственного названия она не имеет[39]. Я предлагаю назвать ее «Проблема Озма». Вот ее точная формулировка: существует ли способ передать значение слова «левый» языком кодированных импульсных сигналов? По условиям задачи мы можем говорить нашим слушателям что угодно и просить их выполнить любые эксперименты с одним непременным условием: не должно быть никакого асимметричного объекта или структуры, на которую они и мы могли бы посмотреть вместе.

Без этого условия нет никакой проблемы. Пусть, например, мы послали на планету X ракету с изображением человека, на котором есть пометки «верх», «низ», «право», «лево». Из картинки сразу станет ясно, что такое «лево». Или мы можем послать им поляризованный по кругу (то есть имеющий спиральную структуру) радиолуч. Жители планеты X построят антенны, позволяющие отличить поляризацию по часовой стрелке от поляризации против часовой стрелки, и общепринятое значение термина «левый» будет тотчас установлено. Наконец, мы можем попросить их направить телескоп на какое-нибудь асимметричное созвездие и использовать конфигурацию звезд для определения правого и левого. Все эти методы, однако, нарушают запрет на совместное наблюдение заведомо асимметричных объектов или структур.

Может ли инструкция по вычерчиванию какого-нибудь специального геометрического узора или графика, переданная на планету X, разъяснить ее обитателям земной смысл понятия «левая сторона»? Подумав немного, вы легко убедитесь, что ответ один: нет. Каждое асимметричное изображение имеет левую и правую формы. Пока мы и планета X не понимаем правое и левое одинаково, нет способов объяснить им, какую из двух картинок мы имеем в виду. Мы можем, например, попросить их нарисовать знак гаммадион, а потом сказать, что левая сторона та, в которую смотрит нижний конец знака. К несчастью, у нас нет способа растолковать им, какой именно знак мы подразумевали. Ведь он может быть закручен в ту или другую сторону. Пока мы не пришли к соглашению относительно правого и левого, мы не можем дать однозначных инструкций, как правильно нарисовать гаммадион.

Может быть, химия даст способ отличить правое от левого? Можем ли мы объяснить планете X, как различить те кристаллы кварца или киновари, которые вращают плоскость поляризации в определенную сторону? Да, но не по образцам таких кристаллов, даже если они будут найдены на планете. Как мы узнали из гл. 11, кристаллы могут иметь оптическую активность любого знака. Без предварительно согласованного понятия о правом и левом мы не сможем узнать, какой именно тип кристаллических образцов они сумеют вырастить в своих лабораториях.

Подобная двусмысленность возникает при использовании любых оптически активных стереоизомеров. Каждое химическое соединение, способное вращать плоскость поляризации, то есть соединение, атомы которого образуют асимметричную молекулу, также может существовать как в левой, так и в правой формах. Мы быстро можем достичь взаимопонимания с планетой X по вопросу о том, что такое асимметричная винная кислота, но, если они преуспеют в ее обнаружении или синтезе, как мы узнаем, правую или левую форму они получили?

А как с асимметрией углеродных соединений в живых тканях? Из предыдущих глав мы узнали, что все аминокислоты в живых организмах на Земле имеют левые молекулы, а все спирали белков и нуклеиновых кислот — правые. Если обитатели планеты X состоят из углеродных соединений, может быть, в их тканях содержатся также и спирали нуклеиновых кислот, а если да, то, конечно, налицо и аминокислоты. Можем ли мы дать определение левому и правому через структуру таких асимметричных углеродных соединений? Нет, не можем. Как мы видели, именно это, а не противоположная асимметричная форма «наших» углеродных соединений является чистой случайностью. Пойди эволюция по-другому, ничто (насколько нам известно) не помешало бы углеродным соединениям всех живых существ Земли образоваться с противоположной асимметрией. Не определив предварительно правого и левого, мы не сможем узнать, какие у них аминокислоты — правые или левые.

Предположим, что их планета, как и Земля, вращается вокруг своей оси. Можно ли, взяв направление этого вращения за основу, определить правое и левое? Направление вращения Земли можно установить с помощью тяжелого груза, подвешенного на длинной тонкой проволоке. Такое устройство известно как маятник Фуко и названо так в честь Жана Бернара Леона Фуко, французского физика, который впервые продемонстрировал его в Париже в 1851 году. Инерция качающегося маятника сохраняет направление плоскости колебаний постоянным по отношению к звездам, в то время как планета под маятником вращается. Поэтому наблюдатель в северном полушарии будет замечать, что плоскость колебаний маятника Фуко перемещается против часовой стрелки, в южном — наоборот. Но как объяснить планете X, что мы подразумеваем под северным и южным полушариями? Мы не можем сказать: «Встаньте на экваторе лицом в сторону вращения вашей планеты н тогда северное полушарие будет у вас слева». Сначала они должны понять, что такое «слева». Пока мы четко не растолкуем им полярность полушарий, маятник Фуко не поможет. То же относится к всевозможным асимметричным явлениям, обусловленным силой Кориолиса на вращающейся планете. Мы не можем сказать: «Пустите ракету от экватора к вашему Северному полюсу и вы увидите, что она будет отклоняться в сторону, которую мы называем правой». Подобное утверждение будет неопределенным, пока мы заранее не договоримся, какой полюс Северный. А этого мы не можем сделать, пока не договоримся о том, что такое левое и правое.

Возможно, у планеты X есть магнитное поле, Северный и Южный полюса которого расположены вблизи полюсов оси вращения планеты. Поможет ли это? Нет. Во-первых, мы еще не знаем причины существования у планет магнитного поля. Скорее всего оно каким-то образом связано с вращением планеты, но мы не можем сказать с уверенностью, что то, что мы называем северным магнитным полюсом, всегда связано с тем концом оси вращения, который находится слева, если встать лицом по направлению вращения. Он может оказаться и справа. Солнце всегда вращается в одну сторону, однако, как мы узнали из гл. 6, время от времени магнитные полюса Солнца совершают странный скачок: северный полюс становится южным, и наоборот. Луна, которая вращается медленно (один оборот в месяц) , очевидно, не имеет магнитного поля. В настоящее время мы не имеем никаких причин предполагать, каким именно способом будут расположены магнитные полюса планеты X относительно оси ее вращения. Даже если бы мы и знали, как они расположены, это не помогло бы нам определить левую и правую стороны, как будет видно из следующей главы.

Остается одна возможность: асимметричные явления, связанные с электрическими и магнитными силами. Возьмем самый известный пример: магнитные силовые линии, окружающие проводник с током, направлены против часовой стрелки, если смотреть навстречу току. В XIX столетии, когда думали, что ток течет по проволоке от положительного полюса батареи к отрицательному, эта асимметрия описывалась законом, который физики тогда называли «правилом правой руки». Если вы зажмете проволоку в правой руке, направив большой палец от положительного полюса к отрицательному, ваши пальцы будут обвиваться вокруг провода в том же направлении, что и силовые линии. Теперь-то мы знаем, что на самом деле ток течет в обратном направлении. Движение свободных электронов, которое мы называем электрическим током, происходит от отрицательного полюса батареи к положительному. Сегодня физики запоминают направление магнитных силовых линий с помощью «правила левой руки»[40].

Что именно имеет в виду физик, говоря, что если вы охватите проволоку левой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока, то остальные пальцы покажут направление магнитного поля тока? Эти слова означают, что если вы поместите рядом с проволокой магнитную стрелку, то северный ее конец всегда будет указывать в направлении против часовой стрелки вокруг проволоки, если смотреть по току.

Рис. 45 иллюстрирует поведение магнитной стрелки вблизи проводника, по которому течет ток в направлении, указанном стрелкой.

Перед нами простой четкий пример асимметрии. Мы можем точно объяснить жителям планеты X, как именно нужно соорудить батарею, смешивая различные химикалии и погружая в жидкость металлические стержни, которые будут служить положительным н отрицательным полюсами. Не сможем ли мы сказать, как только договоримся с ними о направлении тока в проволоке (а об этом договориться нетрудно): «Поместите над проволокой магнитную стрелку, встаньте лицом по току, тогда северный конец стрелки покажет вам направление, которое мы на Земле называем левым»?

Это, конечно, простой эксперимент, который дает ясное однозначное операционное определение правого и левого. Не так ли?

Не так. Эксперимент выполнит свою роль, только если у нас будет однозначный способ сообщить жителям планеты X, какой конец магнитной стрелки мы называем северным. Увы, не существует способа сообщить эту важную информацию, не установив сперва смысл терминов «правый» и «левый»! Чтобы понять, почему это так, нам необходимо сперва разобраться в основах современной теории магнетизма. Это мы сделаем в следующей главе.