Книга Что такое жизнь? - Эрвин Шредингер

Объективная физическая картина световых волн не объясняет чувство цвета. Смог бы объяснить ее физиолог, если бы обладал более полным знанием о процессах, протекающих в сетчатке, и запускаемых ими процессах в зрительном нерве и головном мозге? Вряд ли. В лучшем случае нам удалось бы получить объективную информацию о том, какие нервные волокна возбуждаются и в какой степени. Может, мы даже выяснили бы, какие именно процессы они запускают в определенных клетках головного мозга всякий раз, когда сознание регистрирует желтый цвет в определенном направлении или области вашего поля зрения. Однако даже столь глубинные знания ничего не сообщат нам об ощущении цвета, например желтого: те же физиологические процессы вполне могут приводить к ощущению сладкого вкуса или чего-то иного. Я лишь хочу сказать, что можно не сомневаться: не существует нервного процесса, объективное описание которого включало бы характеристики «желтый цвет» или «сладкий вкус», точно так же, как их нет в объективном описании электромагнитных волн.

То же относится и к другим чувствам. Интересно сравнить восприятие цвета, какое мы только что рассмотрели, с восприятием звука. Обычно звук передается посредством акустических волн сжатия-растяжения, которые распространяются в воздухе. Длины, а точнее, частоты этих волн определяют высоту звука. (Обратите внимание: частота, а не длина, имеет физиологическое значение также и в случае световых волн, однако для них эти две характеристики практически взаимозаменяемы, поскольку мы не в состоянии заметить значимых различий в скорости распространения света в вакууме и в воздухе.) Излишне добавлять, что диапазон частот «слышимого звука» сильно отличается от «видимого света»; в первом случае он составляет от 12–16 до 20 000–30 000 колебаний в секунду, в то время как во втором – триллионы колебаний в секунду. Однако относительный диапазон для звука намного шире и охватывает около 10 октав (против едва ли одной для «видимого света»); более того, он зависит от человека и особенно от возраста: с приближением старости верхний порог заметно снижается. Но самым удивительным является факт, что в случае звука сочетание нескольких отдельных частот никогда не даст звук некой усредненной высоты, соответствующей одной усредненной частоте. Даже накладываясь друг на друга, высоты воспринимаются порознь, хотя и одновременно, особенно людьми с хорошим слухом. Добавка щедрой порции высоких нот («обертонов») различного качества и интенсивности дает то, что называют тембром (нем. Klangfarbe), по которому мы узнаем скрипку, рожок, церковный колокол, пианино… даже по одной ноте. У шумов тоже есть свой тембр, и по нему мы можем догадаться, что происходит. Моей собаке прекрасно знаком особенный шорох, с которым открывают некую жестянку, чтобы достать печенье. Во всех этих случаях соотношения сочетаемых частот имеют первостепенную важность. Если изменить их пропорционально, например проиграть грампластинку слишком медленно или быстро, вы все равно узнаете запись. Однако некоторые значимые особенности зависят от абсолютных частот определенных компонентов. Если слишком быстро проиграть граммофонную запись с человеческим голосом, гласные звуки претерпят заметное изменение; так, «a» в слове car будет звучать как «а» в слове care. Непрерывный диапазон частот всегда неприятен, будь он последовательным (сирена или воющая кошка) или одновременным (что могут воспроизвести разве что колонна сирен или стая воющих кошек). Данный случай совершенно отличается от восприятия света. Все цвета, какие мы воспринимаем в норме, получаются путем непрерывных сочетаний; непрерывный переход оттенков – на картине или в природе – порой кажется очень красивым.

Основные особенности восприятия звука хорошо известны благодаря строению уха, о котором мы имеем более обширное и надежное представление, нежели о химии сетчатки. Главным органом является улитка, закрученная костяная трубка, напоминающая панцирь морской улитки, крошечную винтовую лестницу, сужающуюся «кверху». Вместо ступеней (продолжим сравнение) поперек лестницы натянуты эластичные волокна, формирующие мембрану, толщина которой (или длина отдельного волокна) убывает от «подножия» к «вершине». Таким образом, подобно струнам арфы или пианино, волокна разной длины механически реагируют на колебания разной частоты. На некую частоту реагирует небольшой участок мембраны (а не одно волокно); на более высокую частоту реагирует другой участок, с более короткими волокнами. Механические колебания некой частоты должны возбуждать в каждом волокне соответствующего участка известные нервные импульсы, которые идут в определенные области коры головного мозга. Согласно общим представлениям, процесс передачи сигнала для всех нервов очень схож и различается только силой возбуждения. Она влияет на частоту импульсов, ее не нужно путать с частотой, в данном случае, звука (они не имеют ничего общего).

Картина не столь проста, как бы нам хотелось. Если бы ухо создавал физик, желавший наделить будущего обладателя способностью невероятно тонко различать собственную высоту и тембр, он бы взялся за дело иначе. Но, возможно, в итоге пришел бы к тому же самому. Было бы намного удобнее, если бы мы могли сказать, что каждая отдельная «струна», натянутая поперек улитки, реагирует только на одну индивидуальную частоту приходящих колебаний. Это не так. Но почему? Потому, что колебания этих «струн» быстро затухают. Что неизбежно расширяет диапазон их резонанса. Наш физик мог бы до определенной степени ослабить затухание. Но это привело бы к ужасающим последствиям: восприятие звука не прекращалось бы почти одновременно с исчезновением вызвавшей его волны, а длилось бы, пока не остановится слабо затухающий резонатор в улитке. Мы бы улучшили разрешение частот, пожертвовав разделением звуков во времени. Удивительно, как реальному механизму удается сочетать обе функции весьма достойным образом.

Здесь я углубился в детали, чтобы дать вам почувствовать: ни описание физика, ни описание физиолога не несут каких-либо признаков ощущения звука. Любое подобное описание заканчивается следующей фразой: эти нервные импульсы передаются в определенную область головного мозга, где регистрируются как последовательность звуков. Мы можем отследить изменения давления воздуха, создающие колебания барабанной перепонки; можем увидеть, как ее движения посредством цепочки крошечных косточек передаются на другую мембрану и, наконец, на участки мембраны в улитке, состоящей из описанных выше волокон различной длины. Мы можем понять, каким образом колеблющееся волокно запускает электрохимический процесс проведения сигнала по нервному волокну, с которым соприкасается. Можем последовать за этим сигналом в кору головного мозга и даже получить некую объективную информацию о том, что там происходит. Но нигде мы не встретим эту «регистрацию как звук», которой просто нет в нашей научной картине и которая присутствует лишь в сознании человека, чьи ухо и мозг мы обсуждаем.

Сходным образом можно рассмотреть ощущения прикосновения, холода и тепла, запаха и вкуса. Последние два, химические чувства, как их иногда называют (запах дает представление о газообразных веществах, вкус – о жидкостях), схожи со зрительным ощущением в том смысле, что бесконечному разнообразию возможных стимулов соответствует ограниченный набор чувственных качеств (в случае вкуса – горечь, сладость, кислота и соленость, а также их специфические сочетания). Полагаю, обоняние более разносторонне, чем вкус, особенно у животных, намного лучше различающих запахи по сравнению с человеком. Судя по всему, объективные характеристики физического или химического стимула, влияющие на восприятие, в значительной степени варьируют среди представителей царства животных. Например, видимый спектр пчел заходит далеко в ультрафиолетовую область; они – истинные трихроматы (а не дихроматы, как показали более ранние эксперименты, не учитывавшие ультрафиолет). Интересно отметить, что пчелы, как относительно недавно обнаружил фон Фриш[85], обладают странной чувствительностью к следам поляризации света, помогающим им ориентироваться по солнцу удивительно сложным образом. Для человека даже полностью поляризованный свет неотличим от обычного неполяризованного. Летучие мыши оказались чувствительными к высокочастотным колебаниям (ультразвуку), выходящим далеко за верхний предел человеческого слуха. Они производят их сами и используют в качестве «радара», чтобы избегать препятствий. Человеческое чувство тепла или холода проявляет странную особенность les extrêmes se touchent[86]: случайно коснувшись очень холодного предмета, мы на мгновение можем решить, будто он горячий и обжег нам пальцы.