Новости – В мире
В мире
Физик Дэвид Дойч о важности идеи прогресса в XXI веке
Дэвид Дойч. Фото: ted.com
Известный британский теоретик квантовой физики написал объемное исследование по философии знаний, в центре которого идея прогресса в современной науке
15 марта, 2014 07:37
10 мин
Прогресс — это не просто слово, обозначающее развитие и движение вперед, — это идеология, которая главенствовала над европейскими умами начиная с XVIII века. Но в начале XX века сама идея прогресса оказалась подвергнута критике со стороны различных философских учений, да и реальность истории не давала больших поводов для оптимизма.
Британский физик, основоположник теории квантовых вычислений, Дэвид Дойч написал книгу «Начало бесконечности: Объяснения, которые меняют мир», где выступает в роли философа науки. Он пытается ответить на вопрос: есть ли предел человеческому прогрессу? Попутно, поиску ответа на него, Дойч объясняет сложные теоретические проблемы современной физики, постоянно увязывая их с необходимостью совершенствования мировоззренческих принципов.
Ученый убежден, что идея прогресса сегодня нужна не менее, а, возможно, даже больше, чем сто, двести, триста лет назад.
«Русская планета» с разрешения издательства «Альпина нон-фикшн» публикует фрагмент книги Дэвида Дойча «Начало бесконечности: Объяснения, которые меняют мир».
Объяснения устройства мира, даваемые фундаментальными теориями современной физики, досадно контринтуитивны. Так, большинство людей, не являющихся физиками, считают само собой разумеющимся, что если вытянуть руку горизонтально прямо, то почувствуешь, как сила тяжести тянет ее вниз. Но в действительности это не так! Существование силы тяжести, как это ни удивительно, отрицается общей теорией относительности Эйнштейна, одной из двух наиболее глубоких физических теорий. Согласно ей, единственная сила, которая действует на руку в данной ситуации, — та, которую человек прикладывает сам, она направлена вверх и придает руке постоянное ускорение, чтобы отклонить ее от кратчайшего возможного пути в искривленной области пространства-времени. Реальность, описываемая другой глубочайшей теорией — квантовой, еще более контринтуитивна. Чтобы понять те объяснения, которые она дает, физикам, приходится учиться по-новому смотреть на повседневные явления.
И как всегда, руководствоваться нужно тем, что неразумные объяснения должны отвергаться в пользу разумных. Отсюда возникает следующее требование к определению того, что реально, а что нет: если некая сущность фигурирует в самом разумном объяснении для соответствующей области, то нам следует считать, что она действительно существует. А если, как это произошло с силой тяжести, наше самое разумное объяснение отрицает ее существование, то и мы должны перестать считать ее существующей.
Обложка книги Дэвида Дойча «Начало бесконечности: Объяснения, которые меняют мир».
Обложка книги Дэвида Дойча «Начало бесконечности: Объяснения, которые меняют мир»
Далее, на языке фундаментальной физики то, что происходит с нами каждый день, выражается поразительно сложно. Если наполнить чайник водой и включить его, все суперкомпьютеры на Земле, работающие столько времени, сколько лет Вселенной, не смогли бы решить уравнения, которые предсказывают поведение всех молекул воды, даже если каким-то образом нам удалось бы определить для них начальное состояние и все внешние воздействия, что само по себе невыполнимая задача.
К счастью, эти сложности отчасти снимаются на более высоком уровне. Например, мы можем с некоторой погрешностью предсказать, через какое время закипит вода. Для этого нужно знать лишь несколько физических величин, которые достаточно просто измеряются, такие как ее масса, мощность нагревательного элемента и так далее. Для большей точности может понадобиться информация о более тонких свойствах, например о числе и типах центров парообразования. Но такие явления все же остаются относительно «высокоуровневыми» и складываются из необозримо большого числа взаимосвязанных явлений атомного уровня. Таким образом, есть класс явлений высокого уровня, таких как текучесть воды и ее взаимодействие с сосудами, нагревающими элементами, кипением и пузырьками, которые можно вполне объяснить друг через друга, не ссылаясь прямо на явления атомного уровня и ниже. Другими словами, поведение целого класса явлений высокого уровня — квазиавтономно почти самодостаточно. Такое разложение на объяснимые компоненты на более высоком, квазиавтономном уровне известно как эмерджентность.
Эмерджентных явлений очень-очень мало. Мы можем предсказать, когда вода закипит, и то, что, когда это случится, образуются пузырьки, но если захочется предсказать, куда денется каждый пузырек (или, говоря точнее, каковы вероятности его различных возможных движений), то ничего не выйдет. Еще менее реально предсказать бесчисленное множество свойств воды, определяемых на микроскопическом уровне, например, четное или нечетное число электронов будет затронуто нагреванием в течение определенного периода.
К счастью, нас не интересует предсказание или объяснение большей части этих свойств, несмотря на то, что их — подавляющее большинство. А все потому, что ни одно из них не имеет отношения к тому, что мы собираемся делать с водой, а именно понять, из чего она состоит, или заварить чай. Воду для чая нужно довести до кипения, но как в ней будут распределены пузырьки, не имеет значения. Нужно, чтобы ее объем был между определенным минимумом и максимумом, но сколько в точности молекул будет в чайнике, безразлично. Мы успешно достигаем всех этих целей, потому что можем их выразить в терминах квазиавтономных эмерджентных свойств, для которых у нас есть разумные объяснения высокого уровня. И чтобы понять роль воды во вселенском масштабе, большая часть микроскопических деталей нам не нужна, потому что почти все эти детали — парохиальные.
Поведение высокоуровневых физических величин складывается из поведения их низкоуровневых составляющих при игнорировании большей части деталей. Это положило начало широко распространенному заблуждению об эмерджентности и объяснениях, известному как редукционизм — доктрине, утверждающей, что наука всегда объясняет и предсказывает явления путем редукции, то есть покомпонентного анализа. Зачастую так и происходит — к примеру, чтобы сделать и объяснить высокоуровневое предсказание о том, что вода в чайнике не вскипит без подачи энергии, мы используем тот факт, что межатомные силы подчиняются законам сохранения энергии. Но редукционизм требует, чтобы отношения между различными уровнями объяснения были такими всегда, а зачастую это не так. В своей книге «Структура реальности» (The Fabric of Reality) я писал:
Памятник Уинстону Черчиллю на Парламентской площади в Лондоне. Фото: Lefteris Pitarakis / AP
Памятник Уинстону Черчиллю на Парламентской площади в Лондоне. Фото: Lefteris Pitarakis / AP
«Например, рассмотрим конкретный атом меди на кончике носа статуи сэра Уинстона Черчилля, которая находится на Парламентской площади в Лондоне. Я попытаюсь объяснить, почему этот атом меди находится там. Это произошло потому, что Черчилль был премьер-министром в палате общин, которая расположена неподалеку; и потому, что его идеи и руководство способствовали победе союзных сил во Второй мировой войне; и потому, что принято чествовать таких людей, ставя им памятники; и потому, что бронза, традиционный материал для таких памятников, содержит медь, и т. д. Таким образом, мы объясним физическое наблюдение низкого уровня — присутствие атома меди в определенном месте — через теории чрезвычайно высокого уровня о таких эмерджентных явлениях, как идеи, руководство, война и традиция.
Нет никакой причины, по которой, пусть даже в принципе, должно существовать какое-либо более низкоуровневое объяснение появления этого атома меди в этом месте, чем то, кото-рое я только что привел. Предположим, что упрощенная "теория всего" в принципе дала бы низкоуровневое предсказание вероятности, что такая статуя будет существовать, если известно состояние (скажем) Солнечной системы в какое-то более раннее время. Точно так же эта теория в принципе описала бы, как эта статуя могла туда попасть. Но такие описания и предсказания (конечно же, абсолютно нереальные) ничего бы не объясняли. Они просто описывали бы траекторию движения каждого атома меди от медного рудника через плавильную печь, мастерскую скульптора и т. д. Они также могли бы сформулировать, какое влияние на эти траектории оказывают силы, действующие со стороны окружающих атомов, например тех, из которых состоят тела шахтеров и скульптора, и, таким образом, предсказать существование и форму статуи.
В действительности такое предсказание следовало бы отнести к атомам по всей планете, вовлеченным, кроме всего прочего, в сложное движение, которое мы называем Второй мировой войной. Но даже если бы вы обладали сверхчеловеческой способностью следовать таким многословным предсказаниям нахождения атома меди в том месте, вы все равно не смогли бы сказать: "Да, я понимаю, почему он там находится". Вы просто знали бы, что его попадание туда таким образом неизбежно (или вероятно, или что угодно еще), если известны начальные конфигурации атомов и законы физики. Если бы вы захотели понять, почему он там находится, у вас по-прежнему не было бы другого выбора, кроме как сделать следующий шаг. Вам пришлось бы выяснить все, что касается этой конфигурации атомов и их траекторий, из-за которых атом меди оказался именно в этом месте. Такое исследование стало бы творческой задачей, какой всегда является открытие новых объяснений. Вам пришлось бы обнаружить, что определенные конфигурации атомов подтверждают такие исходящие явления, как руководство и война, связанные друг с другом объяснительными теориями высокого уровня. И только узнав все эти теории, вы смогли бы полностью понять, почему этот атом меди находится именно там».
Дойч Д. Начало бесконечности: Объяснения, которые меняют мир — М.: Альпина нон-фикшн, 2014.
поддержать проект
Подпишитесь на «Русскую Планету» в Яндекс.Новостях
Яндекс.Новости
