Питер Эткинз - Десять великих идей науки. Как устроен наш мир.

• Название: Десять великих идей науки. Как устроен наш мир.
• Автор: Питер Эткинз
• Жанр: Математика
• ISBN: 978-5-17-051198-3, 978-5-17-050272-1, 978-5-271-19820-5, 978-5-271-19821-2

Эта книга предназначена для широкого круга читателей, желающих узнать больше об окружающем нас мире и о самих себе. Автор, известный ученый и популяризатор науки, с необычайной ясностью и глубиной объясняет устройство Вселенной, тайны квантового мира и генетики, эволюцию жизни и показывает важность математики для познания всей природы и человеческого разума в частности.

---

Ученый девятнадцатого века, попадавший в мир технических новинок все возрастающей сложности и всех масштабов, от крошечного до распростертого на всю страну, видел объяснение как прибор. Для них обетованной землей финального понимания было конструирование машины, которая имитировала бы результаты наблюдений для того, чтобы они могли постигать приборы. Как мы увидим позднее, эта точка зрения не совсем исчезла из современной науки, но теперь ученые считают, что объяснение-как-прибор является наивным взглядом на конец понимания. Любой прибор сам состоит из приборов на более малых масштабах: разумеется, все, что имеет свойства, является составным прибором. Электрон, с его массой, зарядом и спином, является в этом смысле прибором, в котором предполагается некоего рода структура, обеспечивающая его этими базовыми характеристиками.

Из века приборов мы переместились в век абстракции. Сегодня ученые двадцать первого столетия верят, что глубинная структура Вселенной может быть выражена только на языке математики и что любые попытки привязать математику к визуализуемым моделям чреваты опасностями. Абстракция теперь является именем игры, современной парадигмы понимания. Любая финальная теория, если такая может существовать, вероятно, должна быть чисто абстрактным отчетом о фундаментальной структуре мира, отчетом, который мы можем усвоить, но не понять.

Это точка зрения, что мы мы можем усвоить, но не понять ее, возможно, является чересчур радикальным взглядом. Люди являются приверженцами объяснительной математики, особенно математики, используемой для поддержки физики, выраженной в обыденных терминах. Все время сознавая, что такая интерпретация чревата опасностями и неполнотой, они остаются тем не менее адептами математики интерпретирующей. Так, для создания умственной подпорки, можно вообразить спин электрона как вращение электрона, как кручение шара; но в глубине души мы знаем, что «спин» есть чрезвычайно абстрактный объект с характеристиками, которые нельзя вполне уловить с помощью этого классического образа, и, более того, классический образ вводит нас в заблуждение. Другим примером является теория струн, где мы делаем вид, что можем постичь то, что подразумевается под математическим понятием струны в многомерном пространстве, представляя себе ее как реальную струну, колеблющуюся в трех измерениях. Хотя финальная теория может быть в высшей степени абстрактной, мы вправе ожидать, что получим привычные, дающие пищу для размышлений, неточные образы ее содержания и что для авторов научно-популярных книг будет открыто бесконечное будущее для обнаружения новых, привлекательных способов сделать будущую финальную теорию легко усваиваемой.

Но что будем мы понимать под «финальной теорией»? Финальная теория не будет одним уравнением, которое, будучи решенным, объяснит каждое свойство и каждый процесс, существующие под Солнцем, да и само Солнце. Финальная теория будет комплексом понятий, погруженных в некоторый смысл — я не могу выражаться яснее, потому что ясность придет только задним числом — в позицию по отношению к базовым структурам материального мира. Чтобы дать вам понять, что я имею в виду, могу указать на неудачную, но будоражащую воображение попытку, предпринятую обладавшим великолепным воображением Джоном Уилером, который примерно полвека назад задался вопросом, не является ли содержимое предельной реальности собранием утверждений логики предикатов. Не возникла ли Вселенная, вопрошал он, когда случайные утверждения логики, перемешиваясь, вдруг пришли к самосогласованию? Не был ли Большой Взрыв взрывом становящейся логической самосогласованности? Или по-другому: не явилось ли творение актом возникновения его собственной потенциальной постижимости?

Конечно, этот уровень описания лежит ниже, глубже, чем описание современного взгляда в терминах струн и объединения квантовой теории и гравитации. Если считать гидом прошлое, мы можем быть уверены, что произойдут по крайней мере два глубоко важных сдвига парадигмы между современным состоянием и моментом появления финальной теории. Конечно, возможно (и будущие архивисты, если у них сохранится возможность читать наши печатные книги, определенно будут хихикать над наивностью этих слов), что мы вовлечены в бесконечный ряд парадигматических сдвигов и что к истинному пониманию всегда будет вести мощенная желтой брусчаткой дорога, убегающая за парадигматический горизонт. Это, вероятно, будет приятно философам, которые в глубине души пессимисты и будут получать удовольствие от перспективы попадания науки впросак, но это разочарует ученых, которые должны быть в глубине души оптимистами.

Один парадигматический сдвиг придет из объединения гравитации и квантовой теории, и признаки формы, которую он, вероятно, примет, уже существуют. Как уже отмечалось в главе 9, возникает точка зрения, что лишь реальные свойства пространства-времени обеспечивают существование связей между событиями. Существует также глубинная интерпретация квантовой теории, в которой все возможные варианты прошлого уже произошли, так что Вселенная на внутреннем уровне содержит много листов. Мы еще не можем вполне определять такие парадигматические сдвиги, и они открыты для технических возражений, поскольку у нас еще нет полной квантовой теории гравитации. Однако не может быть сомнения, что это будет сдвиг в нашем восприятии реальности, который произойдет внушающим благоговение, поразительным и пока едва различимым в тумане образом, так же, как изменила наше восприятие частная теория относительности, и так же, как изменила и продолжает изменять его квантовая теория. Если подвести итог событиям двадцатого века, то в нем были не только социальные перевороты (век в этом отношении не был исключительным), но были глубинные перевороты в нашем понимании самой ткани реальности, подобных которым не случалось со времен Коперника. В философии никогда не происходили подобные перевороты, несмотря на тысячелетия ее деятельности; в науке они происходят по крайней мере три раза в столетие, а будут происходить по крайней мере на один раз чаще, возможно, в два раза чаще и, возможно, в бесконечной последовательности.

Второй парадигматический сдвиг — мы претендуем на то, что он будет последним, но способа это узнать не существует — заставит нас шагнуть за пределы объединения квантовой теории и гравитации. Он поведет нас к основаниям физической реальности, и мы поймем, что такое быть частицей (устаревший термин, конечно), что такое быть силой, что такое быть зарядом, как возникают физические законы, почему мир таков, каков есть, и как видимая реальность может возникать из абсолютного ничто без вмешательства… и оказываться постижимой. Ни у кого нет ни малейшего понятия, какую форму может принять финальная теория, хотя легкие проблески различных возможностей просматриваются в теории струн, в умозрениях, подобных умозрениям Уилера, и фантастических спекуляциях, о которых я упомянул в конце главы 10. Все в чем мы можем быть уверены, это то, что когда финальная теория возникнет, мы сильно удивимся тому, какими мы были наивными.

Науке осталось решить всего две действительно глубинные проблемы, миллионы проблем второго ряда и неисчислимые триллионы проблем меньшей важности. Одной великой проблемой является проблема происхождения Вселенной; другой — природа сознания, наиболее загадочного из свойств материи. Происхождение Вселенной станет понятным, когда мы немного дальше продвинемся в современных теориях квантовой гравитации и частиц, и мы можем ожидать, что в нее войдут еще несколько крупных идей. Проблема сознания может оказаться совершенно иной, и вероятно, что она будет решена без развития больших идей о нем самом.

Во-первых, я подозреваю, что объяснение такого сложного явления, как сознание, не будет выражено «законом» в традиционном смысле этого слова. Мозг, единственный на сегодняшний день известный прибор, способный генерировать ощущение сознания, проявляет много видов активности и имеет области, в которых сконцентрированные в них определенные функции локализованы не полностью. Поэтому мы не можем ожидать, что его функции удастся выразить в одном, двух предложениях, пусть и состоящих лишь из математических формул. Я подозреваю, что понимание сознания будет достигнуто только тогда, когда мы преуспеем в его имитации. Эта точка зрения, безусловно, не отказывает в важности современному нейрологическому научному подходу к мозгу, включая физиологический, фармакологический и психологический подходы, поскольку нам надо знать в деталях, что необходимо включить в нашу имитацию. Но здесь следует проявлять осторожность, поскольку включать все, что обнаружено, нет необходимости, так же, как нет необходимости снабжать авиационные аппараты перьями или размещать мотор в их грудной клетке. Эта точка зрения не означает также, что распространенная в некоторых кругах современная мода основывать механизмы сознания на квантовых явлениях, происходящих, например, в микротубулах, не может быть сюда привлечена. Конечно, вероятен такой сценарий, что сначала мы получим сознание Типа 1 (как можно его назвать), создав прибор, имитирующий только классическую нейропсихологию, включая удивительную пластичность нейронных связей и утонченность химической мощи и передающей способности. Затем только мы перейдем к построению сознания Типа 2, создав прибор, использующий делокализованные квантовые эффекты того вида, который предлагают те, кто верит, что это неизбежно сопутствует сознанию. Тогда привлекательной задачей было бы выяснение того, что имитатор Типа 2 мог бы сделать (или думать, что может сделать) такого, чего не может сделать (или думает, что не может сделать) имитатор Типа 1. Если окажется, что, как подозреваю я, мы сами принадлежим к Типу 1, то ясно, что мы не опознаем отличные от наших достижения сознания Типа 2 как достижения сознания и спишем его со счета как ошибочное.