Случаен ли космос?

 

Коллапс вряд ли может быть реальным процессом, убеждал Эйнштейн. Это потребовало бы мгновенного действия на расстоянии - таинственного механизма, посредством которого, скажем, обе, левая и правая, стороны волновой функции коллапсируют в одну и ту же крошечную точку, даже когда никакая сила не согласует их поведение. Не один только Эйнштейн, а каждый физик в его время считал, что такой процесс невозможен, он должен был бы происходить быстрее скорости света, что находится в очевидном противоречии с теорией относительности. На самом деле квантовая механика не просто дает вам в руки игральные кости - она дает вам пары костей, которые всегда выпадают одинаковыми гранями, даже если одну из них вы бросаете в Вегасе, а другую на Веге. Для Эйнштейна казалось очевидным, что кости - должно быть, шулерские, позволяющие скрытым образом заранее влиять на исход бросков. Но копенгагенская школа отрицает любую подобную возможность, предполагая тем самым, что костяшки действительно мгновенно влияют друг нa друга через бескрайние просторы космоса. Кроме того, Эйнштейн был обеспокоен властью, которую копенгагенцы приписывали акту измерения. Все-таки что же такое измерение? Может быть, это нечто, что могут провести только разумные существа или даже только штатные профессора? Гейзенберг и другие представители копенгагенскои школы так и не конкретизировали это понятие. Кое-кто высказывает предположение, что мы создаем окружающую реальность в своем сознании в процессе акта ее наблюдения, - идея, которая выглядит поэтически, возможно, даже слишком поэтически. Эйнштейн также считал верхом нахальства копенгагенцев заявление, что квантовая механика полностью завершена, что это окончательная теория, которая никогда не будет вытеснена другой. Он считал все теории, включая его собственную, мостиками к чему-нибудь еще более великому. 

 

На самом деле. утверждает Ховард, Эйнштейн был бы счастлив принять индетерминизм, если бы получил ответы на все свои проблемы, требующие решения, - если бы, например, кто-нибудь смог четко сформулировать, что такое измерение и каким образом частицы могут оставаться синхронизованными без дальнодействия. Признаком того, что Эйнштейн считал индетерминизм вторичной проблемой, может служить то, что те же самые требования он предъявлял и к детерминистским альтернативам копенгагенской школе и также их отвергал. Другой историк, Артур Файн (Arthur Fine) из Вашингтонского университета. полагает. Что Ховард преувеличивает восприимчивость Эйнштейна к индетерминизму, но соглашается с тем, что его суждения базируются на более прочном основании, чем привыкли считать несколько поколений физиков, основываясь на обрывках его высказываний об игре в кости. 

 

 

Если вы станете перетягивать канат на стороне копенгагенской школы, считал Эйнштейн, вы обнаружите, что квантовый беспорядок похож на все другие виды беспорядка в физике: это продукт более глубокого проникновения в суть. Танец крошечных пылинок в луче света выдает сложное движение молекул, а испускание фотонов или радиоактивный распад ядер - аналогичный этому процесс, полагал Эйнштейн. По его мнению, квантовая механика - это оценочная теория, которая выражает общее поведение строительных блоков природы, но не обладает достаточной разрешающей способностью, чтобы запечатлеть отдельные детали. 

 

Более глубокая, более завершенная теория полностью объяснит движение - безо всяких загадочных прыжков. С этой точки зрения волновая функция - коллективное описание, как утверждение, что правильная игральная кость, если ее многократно подбрасывать, будет падать примерно одинаковое число раз на каждую из своих сторон. Коллапс волновой функции - это не физический процесс, а приобретение знаний. Если вы бросаете шестигранную кость и выпадает, скажем, четверка, диапазон вариантов от единицы до шести ужимается или, можно сказать, коллапсирует до фактического значения "четыре". Богообразный демон, способный отследить детали атомной структуры, влияющие на результат выпадения кости (т.е. в точности замерить, как ваша рука толкает и закручивает кубик перед падением его на стол), никогда не будет говорить о коллапсе. 

 

Интуиция Эйнштейна была подкреплена его ранней работой по коллективному эффекту молекулярного движения, изучаемому областью физики, называемой статистической механикой, в которой он показал, что физика может быть вероятностной, даже когда в основе явления лежит детерминистская действительность. В 1935 г. Эйнштейн писал философу Карлу Попперу: "Я не думаю, что вы правы в своем утверждении, что невозможно сделать статистические выводы, основываясь на детерминистской теории. Возьмите хотя бы классическую статистическую механику (теорию газов или теорию броуновского движения)". Вероятности в понимании Эйнштейна были такими же реальными, как и в интерпретации копенгагенской школы. Проявляясь в фундаментальных законах движения, они отображают и другие свойства окружающего мира, они не просто артефакты человеческого невежества. Эйн­штейн предложил Попперу в качестве примера рассмотреть частицу, которая движется по окружности с постоянной скоростью; вероятность найти частицу в данном участке дуги окружности отражает симметрию ее траектории. Аналогично вероятность игральной кости приземлиться на данную грань равна одной шестой, поскольку у него шесть равноценных граней. "Он понимал лучше, чем большинство в то время, что важная физическая сущность заключена в деталях статистико-механической вероятности", - говорит Ховард. 

 

Другой урок статистической механики состоял в том, что величины, которые мы наблюдаем, вовсе не обязательно существуют на более глубоком уровне. Например, газ имеет температуру, но не имеет смысла говорить о температуре одиночной молекулы газа. По аналогии Эйнштейн пришел к убеждению, что требуется субквантовая теория, чтобы обозначить радикальный отрыв от квантовой механики. В 1936 г. он писал: "Нет никакого сомнения, что квантовая механика ухватила прекрасный элемент истины <...> Однако я не верю, что квантовая механика будет исходной точкой в поисках этой основы, равно как и наоборот, нельзя перейти от термодинамики (соответственно, статистической механики) к основаниям механики". Чтобы заполнить этот более глубокий уровень, Эйнштейн вел поиски в направлении единой теории поля, в которой частицы - производные структур, совсем не похожих на частицы. Короче говоря, расхожее мнение, что Эйнштейн отказывался признать вероятностный характер квантовой физики, ошибочно. Он пытался объяснить случайность, а не представить дело так, что ее не существует вообще. 

 

 

Хотя проект Эйнштейна по созданию единой теории потерпел неудачу, основные положения его интуитивного подхода к случайности все еще остаются в силе: индетерминизм может возни­кать из детерминизма. Квантовый и субквантовый уровни - или любые другие пары уровней в иерархии природы - состоят из непохожих друг на друга типов структур, поэтому они подчиняются различным типам законов. Закон, управляющий одним уровнем, может естественным образом допускать элемент случайности, даже если законы нижнего уровня полностью регламентированы. "Детерминистская микрофизика не порождает детерминистскую же макрофизику", - утверждает философ Джереми Баттерфилд из Кембриджского университета. 

 

Представьте игральную кость на атомном уровне. Кубик может состоять из невообразимо большого количества конфигураций атомов, которые совершенно неотличимы друг от друга для невооруженного глаза. Если вы отследите любую из этих конфигураций во время вращения кубика, это приведет к конкретному исходу - строго детерминированно. В некоторых конфигурациях игральная кость остановится с одной точкой на верхней грани, в других - с двумя. и т.д. Следовательно, единственное макроскопическое состояние (если заставить кубик крутиться) может привести к нескольким возможным макроскопическим исходам (вверху окажется одна из шести граней). "Если мы описываем игральную кость на макроуровне, мы можем рассматривать ее как стохастическую систему, которая допускает объективную случайность", - говорит Лист, который изучает сопряжение уровней вместе с Маркусом Пивато, математиком Университета Сержи-Понтуаз во Франции. 

 

Хотя более высокий уровень строится на более низком, он автономен. Чтобы описать игральные кости, нужно работать на том уровне, на котором кости существуют как таковые, и когда вы это делаете, вы не можете не пренебречь атомами и их динамикой. Если вы скрещиваете один уровень с другим, вы совершаете обман подменой категории: это все равно что спрашивать о политической принадлежности бутерброд с семгой (если использовать пример философа Дэвида Альберта из Колумбийского университета). "Когда у нас есть явление, которое можно описать на разных уровнях, мы должны быть концептуально очень аккуратными, чтобы не смешать уровни", -говорит Лист. По этой причине результат бросания кости не просто выглядит случайным. Он истинно случаен. Богоподобный демон, возможно, станет хвастаться, что точно знает, что произойдет, но он знает только то, что случится с атомами. Он даже не подозревает, что такое игральная кость, поскольку это информация более высокого уровня. Демон никогда не видит леса, только деревья. Он как главный герой рассказа аргентинского писателя Хорхе Луиса Борхеса "Фунес памятливый" - человек, который все помнит, но ничего не схватывает. "Думать - значит забывать различие, обобщать, абстрагировать", - пишет Борхес. Демону, чтобы он знал, на какую грань упадет игральная кость, необходимо объяснить, что искать. "Демон сможет вникнуть в происходящее на верхнем уровне, лишь если ему предоставить подробное описание, каким образом мы определяем границу между уровнями", - говорит Лист. Воистину после этого демон, вероятно, станет завидовать, что мы смертные. 

 

Логика уровней работает также и ровно в обратную сторону. Недетерминистская микрофизика может привести к детерминистской макрофизике. Бейсбольный мяч · можно сделать из частиц, де­монстрирующих хаотическое поведение, однако его полет абсолютно предсказуем; квантовая хаотичность, усредняясь. исчезает. Аналогичным образом газы состоят из молекул, совершающих чрезвычайно сложные - и фактически недетерминистские - перемещения, однако их температура и другие свойства подчиняются законам, которые просты как дважды два. Более умозритель­но некоторые физики, например Роберт Лафлин из Стэнфордского университета, предполагают, что нижний уровень не имеет абсолютно никакого значения. Строительными блоками может быть что угодно, и все равно их коллективное поведение будет тем же самым. В конце концов системы, даже такие разные, как молекулы воды, звезды в галактике и автомобили на автостраде, подчиняются одним и тем же законам течения жидкости. 

 

 

Когда вы мыслите в терминах уровней, беспокойство по поводу того, что индетерминизм, вероятно, знаменует конец науки, улетучивается. Вокруг нас не существует высокой стены, ограждающей наш законопослушный фрагмент Вселенной от подверженной анархии и непостижимой остальной ей части. На самом деле мир - это слоеный пирог из детерминизма и индетерминизма. Климат Земли, например, управляется детерминистскими законами движения Ныотона, однако прогноз погоды имеет вероятностный характер, и в то же время сезонные и долгосрочные климатические тенденции снова предсказуемы. Биология тоже вытекает из детерминистской физики, но организмы и экосистемы требуют других методов описания, таких как дарвиновская эволюция. "Детерминизм не объясняет абсолютно все, - замечает философ из Университета Тафтса Дэниел Деннет. - Почему появились жирафы? Потому кто кто-то определил: да будет так?" 

 

Люди вкраплены внутрь этого слоеного пирога. У нас есть могучее чувство свободы воли. Мы часто принимаем непредсказуемые и большей частью жизненно важные решения, мы понимаем, что могли бы поступить иначе (а зачастую и сожалеем, что не сделали этого). В течение тысячелетий так называемые либертарианцы, сторонники философской доктрины о свободе воли (не путать с политическим течением!), утверждали, что свобода человека требует свободы частицы. Нечто должно разрушить детерминистское течение событий, например квантовая случайность или "отклонения", которые, как считали некоторые античные философы, атомы могут испытывать при своем движении (концепцию случайного непредсказуемого отклонения атома от первоначальной траектории в античную философию ввел Лукреций, чтобы защитить атомистическую доктрину Эпикура). 

 

Главная неприятность с такой линией рассуждений состоит в том, что она освобождает частицы, но оставляет рабами нас. Безразлично, было ли ваше решение предопределено еще во время Большого взрыва или же крошечной частицей, - все равно это не ваше решение. Чтобы быть свободными, нам требуется индетерминизм не на уровне частиц, а на человеческом уровне. И это возможно, поскольку человеческий уровень и уровень частиц независимы друг от друга. Даже если все, что вы делаете, можно было бы отследить до самых первых шагов, вы хозяин ваших поступков, потому что ни вы и ни ваши поступки не существуете на уровне материи, но только на макроуровне сознания. "Этот макроиндетерминизм базирующийся на микродетерминизме, возможно, и гарантирует свободу воли", - полагает Баттерфилд. Макроиндетерминизм - не причина ваших решении. Это и есть ваше решение. 

 

Кое-кто, вероятно, возразит и скажет вам, что вы все же кукла, а в роли кукловода выступают законы природы, и что ваша свобода - не более чем иллюзия. Но само слово «иллюзия» воскрешает в памяти миражи в пустыне и женщин, распиленных пополам: всего этого в реальности нe существует. Макроиндетерминизм - совсем не то. Он вполне реален, просто не фундаментален. Его можно сравнить с жизнью. Отдельные атомы - абсолютно неживая материя, однако их огромная масса может жить и дышать. "Все, что имеет отношение к агентам, состояния их намерении, их решения и выбор - ни одна из этих сущностей не имеет никакого отношения к концептуальному инструментарию фундаментальной физики, но это не означает, что эти явления не реальны, -замечает Лист. - Это означает всего лишь, что все они - явления намного более высокого уровня". 

 

Было бы категориальной ошибкой, если не полным невежеством, описывать человеческие решения механиком движения атомов в вашей голове. Вместо этого необходимо использовать все концепции психологии: желание, возможность, намере­ния. Почему я вьпил воды, а не вина? Потому что я так хотел. Мои желания объясняют мои поступки. В большинстве случаев, когда мы задаемся вопросом «Почему?», мы ищем мотивацию индивида, а не его физическую подоплеку. Психологические объяснения допускают определенного рода индетерминизм, о котором говорит Лист. Например, специалисты в области теории игр моделируют принятие решении человеком, выложив диапазон вариантов и объясняя, который из них вы выберете, если будете действовать рационально. Ваша свобода выбрать определенный вариант управляет вашим выбором, даже если вы никогда не остановитесь на этом варианте. 

 

Безусловно, аргументы Листа не объясняют полностью свободу воли. Иерархия уровней открывает пространство для свободы воли, отделяя психологию от физики и давая нам возможность совершать неожиданные поступки. Но мы должны воспользоваться этой возможностью. Если бы, например, мы принимали все решения, бросая монету, это по-прежнему считалось бы макроиндетер­минизмом, но едва ли можно было бы квалифицировать это как свободную волю в сколько-нибудь содержательном смысле. С другой стороны, принятие решений некоторыми людьми может быть настолько изнуряющим, что нельзя сказать, что они действуют свободно. 

 

Подобный подход к проблеме детерминизма придает смысл и интерпретации квантовой теории, которая была предложена через несколько лет после смерти Эйнштейна в 1955 г. Она получила название многомировой интерпретации, или интерпретации Эверетта. Ее сторонники утверждают, что квантовая механика описывает совокупность параллельных вселенных - мультивселенную, которая в целом ведет себя детерминистски, но кажется нам недетерминистской, поскольку мы можем видеть только одну-единственную Вселенную. Например, атом может испустить фотон в правую или в левую сторону; квантовая теория оставляет исход этого события открытым. Согласно многомировой интерпретации, такая картина наблюдается потому, что точно такая же ситуация возникает в бесчисленном множестве параллельных вселенных: в части из них фотон детерминированно летит налево, а в остальных- направо. Не имея возможности точно сказать, в какой из вселенных мы находимся, мы не можем предсказать, что произоидет, поэтому эта ситуация изнутри выглядит необъяснимой. "В космосе не существует истинной случайности, но события могут казаться случайными в глазах наблюдателя, - объясняет космолог Макс Тегмарк из Массачусетского технологического института, известным сторонник этой точки зрения. - Случайность отражает вашу неспособность определить, где вы находитесь". 

 

Это все равно что сказать, что игральную кость или мозг можно построить на основе любой из бесчисленного множества конфигураций атомов. Эта конфигурация сама по себе, возможно, и детерминистская, но поскольку мы не можем знать, какая именно соответствует нашей игральной кости или нашему мозгу, мы вынуждены считать, что исход недетерминистский. Таким образом, параллельные вселенные - это не какая-то экзотическая идея, витающая в больном воображении. Наше тело и наш мозг - это крошечные мультивселенные, именно многообразие возможностей обеспечивает нам свободу.