В новом выпуске подкаста «Lex Fridman Podcast» известный историк науки и профессор Калтеха Джед Бухвальд делится глубоким анализом жизни, мышления и научных методов Исаака Ньютона. Собеседники исследуют, как на самом деле устроен научный прогресс — через резкие революции или постепенное ремесленное развитие. В центре внимания оказываются малоизвестные стороны великого физика: от его тайного увлечения алхимией до сложных психологических травм, заложивших основу его одинокого гения.
🔄 Томас Кун и природа научных революций 0:26
Обсуждение всемирно известной концепции смены парадигм начинается с личных воспоминаний гостя. Джед Бухвальд отмечает, что более 50 лет назад работал ассистентом у выдающегося философа Томаса Куна. Знаменитый труд Куна «Структура научных революций», вышедший в 1962 году, сформировал представление о том, что научное сообщество функционирует в рамках определенных шаблонов — парадигм. Согласно Куну, ученые занимаются решением локальных «головоломок», пока не сталкиваются с аномалиями, которые приводят к кризису и последующему революционному сдвигу.
Однако Джед Бухвальд выражает несогласие с этой аккуратной схемой. По мнению гостя, развитие науки устроено гораздо сложнее и ближе к ремесленному мастерству, где специалисты адаптируют свои практики на ходу.
В качестве опровержения классического примера Куна — перехода от корпускулярной теории света Исаака Ньютона к волновой теории — Бухвальд приводит исторические детали. Кун считал, что волновая теория возникла из-за неспособности старой парадигмы объяснить конкретный оптический феномен. В действительности же Ньютон не мог математически точно описать дифракцию (огибание светом острых краев предметов). Позже Томас Юнг и Огюстен Френель применили развитый математический анализ (исчисление) для создания волновых моделей. Ньютоновская корпускулярная теория не «рухнула» в одночасье; она могла адаптировать новые факты постфактум, но волновая оптика открыла перед молодыми учеными колоссальное пространство для конструирования принципиально новых экспериментальных приборов.
👤 Одинокие гении против коллективного ремесла 7:55
Лекс Фридман поднимает фундаментальный вопрос о роли индивидуальностей в истории: движется ли наукаMessy-взаимодействием сотен кооперирующихся людей или редкими вспышками одиноких гениев? По мнению Джеда Бухвальда, невозможно вывести точное процентное соотношение, однако у истоков любого крупного концептуального сдвига всегда стоят две или три ключевые фигуры.
Ярким примером преемственности идей служит развитие механики. Французский философ и приверженец механистической философии Рене Декарт, считавший мир лишь материей в движении, крайне невысоко оценивал работы Галилео Галилея, считая их лишь приближенными схемами. Тем не менее его последователь Христиан Гюйгенс — которого Бухвальд называет одним из двух величайших ученых XVII века наряду с Ньютоном — блестяще развернул уравнения Галилея на практике. Гюйгенс применил их математическую структуру для создания первых часов с маятниковым механизмом, совершив революцию в точном измерении времени.
Историк подчеркивает, что если бы Галилея или Ньютона не существовало, научный прогресс не остановился бы навсегда. Учитывая математический контекст эпохи и витавшие в интеллектуальной среде убеждения, аналогичные идеи рано или поздно были бы развиты другими мыслителями, такими как Гюйгенс.
📐 Границы реальности: почему мы не видим мир напрямую 12:44
Затрагивая тему глобального масштаба научных открытий, Джед Бухвальд признается, что с философской точки зрения не является сторонником жесткого научного реализма. Наш доступ к внутренним механизмам природы неизбежно опосредован инструментами и особенностями нашего восприятия. В этом вопросе гость открыто не соглашается с позицией нобелевского лауреата Стивена Вайнберга, верившего в способность физики докопаться до абсолютной, фундаментальной основы реальности.
Бухвальд убежден, что вектор развития физики последних ста лет изменится: человечество не сможет бесконечно строить все более гигантские и дорогостоящие коллайдеры для расщепления частиц. Физикам придется сфокусироваться на других уровнях материального мира, ведь мы до сих пор не умеем бесшовно выводить сложные химические трансформации напрямую из Стандартной модели.
Идея создания «Теории всего» (Theory of Everything) в ее современном понимании как объединения всех физических законов окончательно оформилась лишь к концу XIX века. Современная струнная теория, доминирующая в теоретической мысли несколько десятилетий, так и не смогла предложить методов экспериментальной проверки своих положений.
Чтобы проиллюстрировать иллюзорность нашего восприятия, профессор Калтеха приводит аналогию с экраном ноутбука:
Когда студенты открывают PDF-файл на занятии, они думают, что смотрят на статью. На самом деле они видят лишь поток света, излучаемый светодиодами, и перемещают курсором мыши цифровую конструкцию, адаптированную под их зрительную систему. Самой «бумаги» там не существует.
Этот подход уходит корнями к идеям Иммануила Канта об ограниченности человеческих чувств. Бухвальд предлагает представить взгляд стрекозы: ее нервная система формирует совершенно иную картину того же самого объекта. Объективная реальность всегда преломляется через наблюдателя.
🧠 Материализм и загадка сознания 28:36
Джед Бухвальд открыто называет себя материалистом в самом глубоком смысле этого слова. Он убежден, что во Вселенной не существует ничего, кроме материальных структур, взаимодействующих между собой. На вопрос Лекса Фридмана о возможности присутствия базового сознания у неодушевленных предметов (например, у бутылки с водой), гость отвечает отрицательно, хотя и признает, что это лишь его обоснованное мнение.
Развитие нейронаук, под нужды которых в Калтехе недавно было возведено масштабное здание исследовательского центра, постепенно приближает нас к разгадке этой тайны. Ученые накапливают колоссальные массивы данных о том, какие паттерны активности мозга соответствуют конкретным действиям животных и людей. По мнению Бухвальда, сознание является эмерджентным свойством — результатом исключительно сложной организационной структуры материальных элементов.
🔮 Эксперимент с призмой и природа цвета 32:19
Одним из самых красивых и значимых моментов в истории науки Джед Бухвальд считает ранние оптические опыты Исаака Ньютона со светом. Со времен античности господствовало убеждение, что цвета возникают в результате модификации или «окрашивания» изначально чистого белого солнечного света.
В 1660-х годах молодой Ньютон приобрел стеклянные призмы на обычной деревенской ярмарке — приборы были крайне грубыми, с внутренними пузырьками воздуха. Пропустив луч солнца через крошечное отверстие в ставне на призму, Ньютон абстрагировался от самой красоты цветов и сосредоточился на геометрии светового пучка. Используя законы преломления, он математически рассчитал, какую форму должно давать пятно света на противоположной стене при определенном угле поворота призмы. Согласно расчетам, на стене должен был появиться идеальный круг, но вместо этого возникла сильно вытянутая разноцветная полоса. Это доказало, что белый свет изначально состоит из смеси различных лучей с разной степенью преломления.
Бухвальд указывает на уникальный стиль Ньютона как экспериментатора: он не использовал сложные измерительные штативы, а просто держал призму в руке и слегка вращал («твидлил») ее. Его математический гений подсказал ему, что в точке минимального отклонения луча изображение стабилизируется, что позволяло делать точнейшие выводы вопреки несовершенству грубых приборов.
Публикация этих результатов вызвала яростное сопротивление со стороны Роберта Гука, куратора экспериментов Королевского общества. Обладая колоссальным эго, Гук заявил, что все дельные мысли в статье Ньютона он знал и сам, а все новые — скорее всего, ошибочны.
👁️ Иллюзии восприятия: Гук против Гевелия 49:57
Противостояние научных умов той эпохи наглядно иллюстрирует знаменитый спор между Робертом Гуком и астрономом Иоганном Гевелием из Данцига. Гевелий построил огромную обсерваторию и опубликовал каталог звездного неба, заявляя о беспрецедентной точности своих измерений, выполненных без использования телескопических прицелов — исключительно с помощью человеческого глаза и механических секстантов.
Гук категорически не поверил Гевелию, утверждая, что физические возможности человеческого зрения имеют предел. Чтобы доказать свою правоту, Гук провел эксперимент прямо во дворе Королевского общества: он разместил на стене карту с черными и белыми полосами и заставил ученых отходить назад, пока полосы не сольются. Так Гук математически вывел предел углового разрешения глаза, соответствующий современному понятию зрения «20/20». Из его расчетов следовало, что Гевелий лжет, так как его заявленная точность была в 10 раз выше этого предела.
Однако Джед Бухвальд лично перепроверил данные Гевелия, сопоставив их с современными астрономическими таблицами NASA. Результаты оказались поразительными: измерения Гевелия были даже точнее, чем утверждал сам астроном. Секрет крылся в биологии восприятия. Гук измерял статическое разрешение (способность разделять две неподвижные линии), но Гевелий фиксировал момент прохождения движущейся светящейся точки (звезды) мимоpointer-визира. Человеческое зрение, подобно зрению лягушки, реагирует на динамику. В распознавании движения наша точность в несколько раз выше статической, о чем Гук даже не догадывался.
Сам Исаак Ньютон также отчаянно пытался разобраться в природе зрительных иллюзий. В попытках отделить реальные цвета от артефактов восприятия он зашел на экстремальную территорию:
- Ньютон взял тонкую деревянную палочку (в оригинальных записях — портновское шило).
- Он засунул ее глубоко под собственное веко, надавливая на заднюю часть глазного яблока.
- Эксперимент вызвал появление цветных фосфенов — кругов перед глазами, что помогло ему изучить внутренние механизмы генерации цвета глазом.
При этом популярную историю об упавшем на голову Ньютона яблоке, которое якобы натолкнуло его на открытие закона всемирного тяготения, Бухвальд называет вымыслом. Роль фруктов в истории науки, по ироничному замечанию его коллег, сильно преувеличена.
📈 Рождение исчисления и тайны алхимии 1:02:55
До публикации математических рукописей Ньютона историком Томом Вайтсайдом реальный процесс создания математического анализа оставался загадкой. Исчисление позволило исследовать непрерывные функции в противовес дискретным величинам. Разработав обобщенный биномиальный теорему, Ньютон осознал взаимную обратность операций дифференцирования (нахождения касательных к кривой) и интегрирования (вычисления площадей под кривыми). От него нам досталась точечная нотация в физике (точка над переменной как обозначение производной по времени).
Параллельно в Лондоне свои методы развивал Готфрид Лейбниц, чьи обозначения дифференциалов мы используем сегодня. Отношения между учеными вылились в жесткий конфликт о приоритете, где Ньютон использовал весь авторитет Королевского общества для атаки на оппонента. Джед Бухвальд упоминает недавнее исследование профессора Доменико Мелли, который изучил рукопись Лейбница Tentamen. Мелли обнаружил, что Лейбниц фактически занимался «обратной инженерией» ньютоновских «Начал», пытаясь подогнать свои вычисления под уже опубликованные Ньютоном верные результаты механики.
Малоизвестно, что в конце 1670-х годов Ньютон практически забросил механику и оптику, целиком погрузившись в алхимию (или chymistry, как называют этот период историки). Это не было чистой мистикой: алхимики пытались осуществить хризопею — перегруппировку гипотетических микрочастиц для превращения неблагородных металлов в золото. Ньютон лично построил печь в Кембридже и проводил сложнейшие температурные химические разложения. В ходе этих опытов ему удалось получить уникальную блестящую сурьмяную амальгаму, известную как «звездчатый регулус».
⚖️ Фальшивомонетчики, чума и структура Principia 1:16:29
Исаак Ньютон обладал крайне тяжелым, мстительным и авторитарным характером. В 1690-х годах он переехал в Лондон, заняв пост смотрителя, а затем и мастера Королевского монетного двора. К своим обязанностям по борьбе с фальшивомонетничеством он подошел как настоящий следователь: Ньютон лично внедрял шпионов в криминальные круги и отправил на виселицу знаменитого фальшивомонетчика Уильяма Челонера. Особая суровость Ньютона была вызвана тем, что Челонер имел дерзость публично оскорбить его перед лицом Парламента.
Великий физик вел затворническую, аскетичную жизнь; у него не было зафиксировано никаких близких романтических или дружеских связей ни с женщинами, ни с мужчинами. Единственными людьми, допущенными в его личное пространство, были его переписчик Хамфри Ньютон и племянница Кэтрин Бартон.
Знаменитый «год чудес» (Annus Mirabilis, 1666), когда Ньютон из-за эпидемии чумы был вынужден покинуть Кембридж и запереться в усадьбе Вулсторп, действительно стал пиком его продуктивности: в возрасте 24 лет он заложил основы исчисления и теории цвета. При этом он оставался отвратительным преподавателем. Вернувшись в университет в должности Лукасовского профессора, он читал лекции настолько монотонно и сложно, что студенты попросту игнорировали его занятия, и Ньютону часто приходилось читать лекции буквально пустым стенам.
Его главный эпохальный труд — Philosophiae Naturalis Principia Mathematica («Математические начала натуральной философии») — состоит из трех томов:
- Книга 1: Формулирует три закона движения и выводит математические формулы сил, удерживающих тела на орбитах, используя геометрический аналог пределов.
- Книга 2: Посвящена гидростатике, движению тел в сопротивляющихся средах и глубокому анализу феномена давления в жидкостях и газах.
- Книга 3: Переносит математический аппарат первой книги на реальную Солнечную систему, описывая гравитационное взаимодействие планет.
Бухвальд отмечает, что Ньютон столкнулся с непреодолимой преградой: закон гравитации можно рассчитать идеально точно только для двух изолированных тел. Задача трех тел (взаимодействие Солнца, Земли и Луны) не имеет точного аналитического решения. Ньютону пришлось использовать грубые приближения, чтобы подогнать модель под сложную траекторию Луны, полный цикл которой (повторение позиций среди звезд каждые 19 лет) был зафиксирован еще древними вавилонянами. Математически строго эту проблему смогли развить лишь французские математики, включая Пьера-Симона Лапласа, спустя десятилетия после смерти Ньютона.
📊 Отсутствие статистики и зависть как двигатель науки 1:29:53
Современный концепт «научного метода» историки считают упрощением: ученые во все времена действовали по-разному. Самым разительным отличием науки эпохи Ньютона от сегодняшней было полное отсутствие статистического анализа данных. Ньютон скончался в 1727 году, задолго до открытия Центральной предельной теоремы и внедрения метода усреднения измерений в середине XVIII века.
Анализируя дневники Христиана Гюйгенса, Бухвальд обнаружил, что великий голландец проводил серии из множества последовательных измерений оптических величин. Однако в итоговых публикациях Гюйгенс приводил лишь одно конкретное число. Это было не среднее арифметическое. Ученый просто выбирал то единственное измерение, которое, по его субъективному ремесленному ощущению, было выполнено в момент наилучшей фокусировки и максимальной стабильности приборов. Публикация разброса данных в те времена считалась бы признаком профессиональной некомпетентности.
Еще одним мощным стимулом научного поиска Бухвальд называет банальную человеческую зависть и уязвленное эго, приводя в пример французскую оптическую школу начала XIX века. Известный администратор науки Франсуа Араго питал глубокую личную неприязнь к своему коллеге Жан-Батисту Био, который перехватил у него лавры первооткрывателя некоторых эффектов поляризации. Когда в 1815 году в Париже появился молодой и гениальный военный инженер Огюстен Френель, Араго мгновенно понял, как использовать его талант. Он обеспечил Френеля лабораторией и финансированием с единственной целью — чтобы математически безупречные волновые статьи Френеля одна за другой уничтожали корпускулярную теорию Био. Сам Френель тяготился этой грязной интригой, но именно жажда мести Араго стала локомотивом триумфа волновой оптики в Европе.
🛐 Строгий Бог и наследие Эйнштейна 1:40:37
Исаак Ньютон был глубоко верующим человеком, но его религиозные взгляды носили радикальный характер. Он являлся тайным антитринитарием (арианцем) — Ньютон категорически отрицал божественность Иисуса Христа, считая его лишь смертным пророком, наделенным силой от единого Бога-Творца. Вселенная виделась Ньютону идеальным часовым механизмом, запущенным строгим, рациональным и неизменным Законодателем. Физик был убежден, что Бог не творит хаотичных чудес направо и налево. При этом Ньютон полностью доверял библейской хронологии, искренне полагая, что акт творения мира произошел примерно 6000 лет назад (в 4004 году до н. э. по устоявшейся тогда шкале архиепископа Ашера).
В финале беседы Лекс Фридман предлагает мысленный эксперимент: что произошло бы, если бы Ньютон переместился во времени и встретился с Альбертом Эйнштейном для обсуждения теории относительности и искривления пространства-времени?
По мнению Джеда Бухвальда, если переместить 40-летнего Ньютона в кабинет Эйнштейна напрямую, его разум испытает глубочайший шок, а взгляд просто остекленеет. Слишком колоссальный концептуальный и технологический разрыв разделяет их эпохи. Однако если дать Ньютону два-три месяца на адаптацию: покатать его на поездах, показать телеграф, дать почувствовать электрический ток в проводах и постепенно провести по лабораториям конца XIX века — его выдающийся интеллект мгновенно адаптируется. Ньютон быстро уловит суть эволюции физических приборов и сможет общаться с Эйнштейном на равных.
Эйнштейновский «год чудес» (1905), подаривший миру специальную теорию относительности, формулу $E = mc^2$ и объяснение фотоэффекта, доказывает, что человеческий мозг способен совершать невероятные эволюционные прыжки. Бухвальд резюмирует, что загадка гениальности остается нераскрытой — даже детальное вскрытие и изучение срезов мозга Эйнштейна после его смерти не выявило никаких видимых физических аномалий. Прогресс науки определяется не биологическими мутациями, а способностью ума формулировать точные вопросы к природе, ведь, как утверждал Томас Кун: «Ответы, которые вы получаете, напрямую зависят от вопросов, которые вы задаете».
