Теория исключений

 

«Переходя дорогу, сначала посмотри налево, потом направо», – так меня учили в детстве. И тебя, читатель. И вообще 90 с гаком процентов людей на земле учат именно так. А остальных учат по‑другому: «Переходя дорогу, сначала посмотри направо, а потом налево». Эти исключительные люди – папы, мамы и дети – живут в странах с левосторонним движением. Правостороннее движение для нашего мира – правило. Левостороннее – исключение. Правша – правило. Левша – исключение. В России, как известно, правостороннее движение. Но 0,1% всей железнодорожной сети нашей страны имеет левостороннее движение! Это ветка от Казанского вокзала до Рязани плюс еще две станции от Люберец по Куровской ветке. Одна десятая процента из 100% – явное исключение.

Часы, идущие по часовой стрелке, – правило. Часы, идущие против часовой стрелки, – исключение. У меня такие дома стоят в комнате сына – прикол сувенирный.

Исключения бывают «плохие» и «хорошие». Как Правило бить человека палкой по голове плохо. Но как Исключение бывает и хорошо. Одна слепая английская женщина, на которую напали хулиганы и ударили по голове, от этого удара внезапно прозрела. Ее голова сработала, как старый советский телевизор, который для восстановления контакта нужно было хорошенько шарахнуть кулаком сверху.

«Исключение только подтверждает правило», – известная поговорка, сути которой я, честно говоря, никогда не понимал. Подозреваю, что и никто не понимает, только прикидываются понимающими и вовсю употребляют при случае.

Мы с вами – люди умные, мы уже знаем, почему в мире существуют исключения. Они существуют, потому что для них есть база в микромире – неопределенность, принципиальная непредсказуемость элементарных частиц. Микромир не фатален. Но ведь законы физики в макромире, как уже отмечалось, превосходно действуют! Потому как даже если одна частица ведет себя маловероятно, то остальные десять миллионов вокруг нее быстренько нивелируют ее влияние. Массивные тела ведут себя вполне предсказуемо. Поэтому существуют физические законы. С их помощью можно делать предсказания, конструировать, запускать спутники на орбиту…

Случайности должны гаснуть, подавляться в микромире, не добираясь до уровня макромира. Отчего же исключения прорываются «на поверхность»?.. Не знаю, задумался бы я когда‑нибудь о природе исключений, если б жизнь не свела меня с московским физиком Виктором Чибрикиным. Все последние годы он только и делал, что занимался теорией исключений. Ну не прелесть?!.

Болдинская осень бывает не только у поэтов. И не только осень. И не только болдинская. У Чибрикина из Института химической физики однажды случилась малаховская зима. И тоже весьма благотворно повлияла на ход умственной деятельности, надо сказать. Человек с осени заперся на даче, в Малаховке, на работе в институте не появлялся, а его руководитель не только не уволил Чибрикина, а даже, напротив, благословил его на научный подвиг и старался не отвлекать. Потому что понимал – занимается товарищ Чибрикин архиважным для науки делом – чудесами. То есть явлениями апериодическими и непредсказуемыми.

Чудо – это и есть исключение из правил. Кажущееся нарушение физических законов. То, чего быть не должно. Но что, тем не менее, случается.

Сам Чибрикин начал заниматься чудесами буквально «на слабо». Когда‑то советская геронтократия озаботилась продлением человеческой жизни, и перед учеными поставили такую задачу: искать лекарства от старения – геропротекторы… Вся Академия наук тогда над этим голову ломала. И Чибрикин тогда буквально по наитию вдруг брякнул в научной среде, что даже если изобрести самое правильное, самое безупречное, практически идеальное средство для продления жизни и всем его раздать, то большинству народа оно жизнь, конечно, продлит, но меньшинство умрет раньше!

Почему? В силу законов физики.

Чибрикину тогда сказали: докажи, если ты не трепач! Он завелся, вывел формулы, послал статью в печать. Но поскольку была эпоха брежневского заката, крамольную статью о стариках публиковать не стали. Прошло двадцать лет. И однажды Чибрикин случайно попал на очередной семинар, где искали механизмы продления жизни. И вспомнил свою забытую работу. И решил обобщить ее. Он, как и все мы, знал, что существуют Правила. И всегда существуют Исключения. И решил объяснить, почему же они возникают. Найти физический механизм Исключений не только для лекарств, но и вообще. Красивая задача, согласитесь, – методами физики отвечать на философские вопросы…

Почему, например, нет лекарств без побочных действий? В 1969 году вышла книга некоего Мозера «Болезни прогресса в медицине». Автор пишет, что лекарственная медицина породила столько же болезней, сколько лекарств. Он собрал более 5000 описаний побочного действия различных лекарств и медицинских процедур. Возник даже новый раздел медицины – ятрагенная патология, посвященная побочным действиям препаратов.

Наиболее известное побочное действие в те годы, когда писалась книга Мозера, получил талидомид. Это лекарство придумали против токсикоза и отторжения плода у беременных. Оно действительно облегчало процесс родов, имело успокаивающее действие… Им за многие годы воспользовались миллионы женщин. И все было хорошо. А потом выяснилось, что в ряде исключительных случаев талидомид приводит к рождению уродов. Результат – 12 000 пострадавших на миллионы принимавших лекарство. Возьми любое, самое безопасное лекарство – чем больше народу его потребляет, тем больше вероятность смертельного случая.

…Во время беседы с Чибрикиным я вспомнил один фантастический рассказ, который прочел еще в детстве. Сюжет не помню, героев не помню, отложилось только, что герои столкнулись в Космосе с чем‑то таким, чего быть не могло. И тогда один из героев решился на смелую гипотезу: а вдруг мир совсем не таков, каким мы его себе представляем?

Как мы познаем мир? – рассуждал герой. Мы познаем мир с помощью научной методологии. Что это значит? Ну вот, например, есть некий черный ящик с синей и красной лампой и кнопкой. Ученый проводит серию опытов – двадцать раз нажимает кнопку. И каждый раз загорается красная лампа. Если ученый добросовестный, он проведет еще серию опытов – еще раз двадцать нажмет кнопку. Каждый раз загорится красная лампа. Ученый выведет закон: «При нажатии на кнопку ящика загорается красная лампа». Закон опубликуют в школьных учебниках. Наука сделана…

Это правильно. Помню, на самой первой, базовой лабораторной работе по физике в институте нас заставили заниматься какими‑то глупостями – мы брали стальной цилиндрик и измеряли его высоту микрометром. По десять раз одну и ту же высоту. Значения получались чуть‑чуть разные, потому что у каждого прибора есть ошибка, да и цилиндрик неидеален по высоте в разных точках. Потом мы вычисляли среднюю высоту цилиндрика, среднюю ошибку измерений и какую‑то там среднюю квадратичную ошибку, кажется… В общем, учились делать измерения по‑научному. Формулы специальные были. Но кроме формул мы узнали и еще одно правило, не формульное, а жизненное – крайние значения отбрасываются.

Крайние значения всегда отбрасываются. То есть если в результате десяти измерений одно значение резко выделяется на фоне остальных, оно признается ошибочным. В простейшем случае с цилиндриком это было настолько самоочевидно, что никакого внутреннего протеста не вызывало, напротив, вызывало только внутреннее согласие. Ну в самом деле, если все значения измерений колеблются между 15,1 мм и 15,4 мм, то значение 158 мм, естественно, нужно выбросить при подсчете среднего. Явная ошибка – то ли измерил неточно, то ли записал неправильно. Не может же цилиндрик в десять раз увеличиться в какой‑то момент!.. А на практике отбрасывается даже значение 15,8 – такое отклонение измерения на фоне остальных считается недопустимым.

Это я к тому, что если вдруг в бульварной прессе появляется сенсационное сообщение: на ящике загорелась синяя лампа, то вывод ясен – явный бред. Какая‑то человеческая ошибка. Крайнее значение. А если фанатики не уймутся, можно взять ящик и провести серию опытов – специально для дураков. Сам великий (к тому времени) ученый, открывший Закон ящика, не будет, конечно, проводить этот опыт, практикантам даст потренироваться – пусть поучатся, даже полезно. Ведь в науке что самое приятное – опыт может провести и убедиться в горении красной лампы любой и каждый, кто умеет жать кнопку, причем сделать это он может в любой точке земного шара. Это и есть воспроизводимость результата, на которой строится наука.

Ну, нажмут практиканты еще двадцать раз на кнопку. Ну, сто раз нажмут. Тысячу раз никто нажимать не будет – скучно и бессмысленно. Еще раз подтвердят закон – красная загорается. Но что если внутри ящика стоит логическое устройство, которое зажигает синюю лампу в среднем один раз на десять тысяч нажатий кнопки? Или один раз на сто тысяч нажатий? На миллион?.. Тогда это и есть чудо, то есть явление, противоречащее известному физическому закону и происходящее непонятно когда. «А вдруг мир как раз и устроен “чудесно”?» – рассуждал герой того фантастического рассказа. Ведь природа для нас – тот же черный ящик. Вдруг на миллион нажатий один раз случается чудо?

…Со времен прочтения фантастического рассказика прошло много времени. Я стал большой дядька, по ходу произрастания выучил всякие науки. Мерил цилиндрик в институте. А главное – понял всю наивность того рассказика (точнее, его автора). Расстался с детскими иллюзиями и неразрешимыми вопросами. Бывает в детстве и отрочестве у каждого мыслящего существа человеческого роду‑племени такой период, когда ребенок задумывается о мире, в котором живет. Например, о том, фатален мир или нет, в чем смысл жизни, зачем нужна любовь и о прочей ерунде, не имеющей никакого отношения к будущей зарплате. Науки (последовательно: физика, психология, этология) уже ответили на все эти «вечные» вопросы. Мир стал более понятным и менее чудесным.

«Чудес не бывает» – в общем‑то довольно справедливо решает для себя взрослый, умудренный опытом человек. Но исключения тем не менее случаются…

21 сентября 1921 года в германском городе Оппау «зажглась синяя лампа». Там был крупнейший химический завод по производству азотных удобрений. Аммиачную селитру делали. Ее насыпали в кучи, кучи слеживались и, чтобы их расколоть, в массиве долбили лунку, туда ставили небольшой зарядик, который, взрываясь, дробил монолит для погрузки в вагоны. Это было безопасно.

Это было абсолютно безопасно, потому что десять, двадцать, сто, тысяча взрывиков прошли без последствий. Больше того – двадцать тысяч (!) дроблений взрывом прошли без эксцессов. Это был закон (правило): удобрения не взрываются. А 21 сентября произошло Исключение – сдетонировала вся аммиачная селитра на складе. Если бы, как в гипотетическом примере из фантастического рассказа, действительно просто зажглась дурацкая синяя лампа на ящике, этому чуду никто бы не поверил, да и мало кто его заметил бы. Но здесь взорвался склад, химический завод и половина города. Полегли сотни людей. А на месте взрыва возникло озеро глубиной 20 метров и площадью 100х165 метров. Не заметить такое «чудо» германским ученым было сложно.

А в 1991 году уже в России, под Рязанью, на окраине города Сасово, в чистом поле, уже без всяких детонаторов, взорвалось и испарилось 32 тонны сельхозудобрений. Ну что за прелесть эта аммиачная селитра!.. Сразу пошли разговоры о пришельцах и НЛО, потому что поверить в инопланетян нашим людям легче, чем в чистое чудо. А разве не чудо? По всей стране эта селитра десятилетиями кучами лежит, выброшенная колхозниками в мешках на поля. И вдруг ни с того, ни с сего самопроизвольно происходит чудо взрыва… Ну, хорошо, пускай, не чудо, назовем более нейтрально – Исключение. Откуда оно берется? В микромире действует Случайность (вероятность), а в макромире – Законы. На основании Физических Законов мы делаем предсказания. Так? Вроде так…

Так, да не так! В макромире тоже действует вероятность. Есть кубик, предсказать грань, на которую он упадет, невозможно. Или, допустим, мы имеем тысячу консервных банок. Известно, что через двадцать лет 10^–15 из них вздуются. Но какие и сколько именно вздуются, предсказать невозможно. Случайности микромира все‑таки прорываются в наш мир. Как им это удается?

Именно этот вопрос я и задал небритому Чибрикину в синих джинсах.

– А скажите мне, почему чай сладкий – потому что сахар положили или потому что ложкой помешали? – вопросом на вопрос ответил Чибрикин.

– Из‑за обеих причин.

– Верно. Одной причины недостаточно. Если не положить сахар, то нечему и быть сладким. То есть если бы не было случайности на уровне элементарных частиц, откуда бы тогда взяться ошибкам в нашем мире? А если не помешать ложкой, сладость не распространится по всему объему воды. То есть помимо ошибки должен существовать какой‑то механизм распространения ошибки. Некая информационная система, которая делает ошибку «престижной», навязывает ее всему объекту.

Что же навязывает исключительность части – целому?

Магма, которая извергается из вулкана, постепенно остывает. И когда ее температура опускается ниже точки Кюри, вулканическая порода под воздействием магнитного поля нашей планеты намагничивается. Намагничивается она вдоль внешнего поля. Это естественно. Так работает один из главных физических принципов – принцип наименьшего действия – прямое следствие закона сохранения энергии. Вода течет вниз, ферромагнит намагничивается вдоль внешнего поля, тепло от нагретого тела передается менее нагретому.

Именно поэтому японский ученый Уеда из Токийского университета был просто шокирован, когда обнаружил, что магма японского вулкана Харуна намагничена ПРОТИВ поля Земли. (Кстати, и кимберлитовые трубки в Якутии тоже намагничены ПРОТИВ.)

Уеда проделал опыт. Он плавил в тиглях вулканическую породу, после чего охлаждал ее. И среди десятков образцов всегда попадались такие, которые намагничивались против внешнего поля. Понятно, что на уровне микромира, в силу его случайности, всегда есть «ошибки», «иное поведение». Небольшая часть частиц ведет себя «неправильно». Но ведь большая часть частиц в образце ведет себя верно. Почему же весь образец получается «ошибочным»? Как одна «сумасшедшая» частица навязывает свою «волю» всем окружающим, «правильным»? Как один явно неадекватный Вождь навязывает свою паранойю целой стране? Ясно, что для того, чтобы ошибка распространилась и захватила весь образец (пробирку, страну), должны быть какие‑то особые УСЛОВИЯ.

Для того, чтобы понять, как случайность распространяется и захватывает все «жизненное пространство», давайте посмотрим, как распространяются исключения в мире людей.

Почему в Англии правостороннее движение? Англия – островное государство, соответственно, морская держава. Небольшим парусным судам удобнее расходиться левыми галсами (потому что люди правши и парусное вооружение устроено под правшей). Так же моряки и рыбаки расходились на суше. Вышедшая из портовых городов и селений левосторонность постепенно захватила всю страну.

В Японии тоже левостороннее движение. Но там первичная случайность была другой. Правши носят меч на левом боку. А в Японии был обычай, согласно которому если простолюдин задевал меч самурая, это считалось оскорблением, за которое самурай тут же сносил ему голову. Поэтому самурая старались на всякий случай обходить справа, со стороны, где нет меча, чтобы не задеть его ненароком.

Еще один гипотетический пример. Допустим, две фирмы выпускают одинаковые проигрыватели, только у одной фирмы диск вращается налево, а у другой направо. С точки зрения техники это абсолютно все равно. Вопрос – какая фирма победит в итоге? Ответ: скорее всего та, которой в первое время удастся продать наибольшее число проигрывателей. Потому что люди хотят обмениваться дисками. И прежде чем купить проигрыватель, человек опросит всех своих знакомых, в какую сторону у них диск крутится. И купит такой же. Чтобы была совместимость. Так постепенно случайность (кто в первый момент больше продал) захватит весь образец – страну (или мир).

Эти три примера показывают, что, помимо самой случайности, должна существовать в образце еще некая информационная система, которая разносит случайность по всему образцу. В случае с размешиванием сахара в стакане роль информационной системы играет болтающаяся в стакане ложка.

А что вообще такое информационная система? Для ответа на этот вопрос вспомним, что такое информация. Информация – это сигнал, которого ждут. Когда дело касается людей, все понятно, их информационная система – язык. Но электроны в застывающей вулканической магме ведь не обмениваются рассуждениями, как породу намагнитить! У природы‑то какая информационная система?..

В данном случае информационная система – геомагнитное поле Земли. Если бы оно было однородным в пространстве и времени, никаких сбоев не было бы, и лава всегда застывала бы вдоль земного поля. Все происходило бы как по учебнику. Но поле Земли под воздействием Солнца «гуляет». Это и порождает ошибки.

Если мне не изменяет память, еще в середине прошлого века учеными из Казани было показано, что слабые колебания магнитного поля могут сдвигать равновесие химической реакции в ту или другую сторону. Как это происходит? Дело в том, что химическая реакция осуществляется крайними электронами в атомах. Атомы соединяются в одну новую молекулу, если их крайние электроны становятся общими, попадают на одну орбиту. Для этого электроны должны иметь разный спин (чтобы не нарушался принцип Паули, о котором в этой книжке нет ни слова, поскольку я не хочу тебя лишний раз перегружать, мой любимый читатель). Так вот, колебания внешнего магнитного поля влияют не на энергию электронов, а на их спин. Именно это и влияет на скорость прохождения химических реакций – повышается вероятность реагирования столкнувшихся молекул.

Полевая информационная система устроена таким образом, что мы ее аппаратурно наблюдать не можем. Такова природа безызлучательного спинового обмена между электронами! Его можно наблюдать только косвенно…

Я не стану далее погружаться в рассуждения о синглет‑триплетном спиновом механизме ввиду их полной непубликабельности в широкой печати. Скажу лишь, что именно в солнечных циклах колебания электромагнитной активности кроется природа многих Исключений на нашей чудесной планетке. Но не всех. Например, природа биологических исключений – мутаций – сидит в тепловом движении молекул.

Короче говоря: «Нет правил без исключений».

И это единственное правило без исключений.