(no subject)
Неуловимая унификация
Стивен Хокинг, Леонард Млодинов
Несколько лет тому назад Городской Совет в Монца, Италия, запретил содержать золотых рыбок в аквариумах-шарах, аргументируя это тем, что их форма искажает действительность, которую видят эти создания. Обречение их на жизнь в таком «искривленном» мире было расценено, как жестокое обращение. Отвлекаясь от благотворного влияния этого запрета на рыбок, видим, что эта история ставит перед нами интересный философский вопрос: откуда мы знаем, что наблюдаемая нами действительность соответствует истинному положению дел?
Правда, золотые рыбки видят другую версию действительности, чем мы, но откуда мы знаем, что она менее реальна? Наши знания совершенно не исключают того, что и мы тоже видим искаженную картину мира.
В физике этот вопрос абсолютно не явлется отвлеченным. Физики и космологи находятся, в определенном смысле, в таком же положении, как наша золотая рыбка. Десятки лет мы пытаемся найти окончательную теорию всего - полный и непротиворечивый набор фундаментальных законов природы, объясняющий все аспекты действительности. Сейчас, кажется, мы имеем дело не с одной, а с целым набором взаимно перекрывающихся теорий, каждая из которых описывает свою собственную версию действительности, так, как будто бы каждой из них соответствовало видение мира изнутри своего аквариума.
Такой вывод многим - в том числе, многочисленным активным ученым - трудно принять. Большинство людей верит в существование объективной внешней действительности, а также в то, что наши органы чувств и наука сообщают нам непосредственные знания о материальном мире. Классическая наука опирается на знании, что наружный мир в действительности существует и обладает определенными, независящими от наблюдателя свойствами. В философии такое мировоззрение называется материализмом.
Каждый, кто помнит Тимоти Лири и шестидесятые, знает, что существует еще другая концепция: можно принять, что видение действительности зависит от сознания наблюдателя. Основанные на таком допущении взгляды называются (в зависимости от мелких различий между ними) антиреализмом, инструментализмом или идеализмом. Согласно ним мир, который мы знаем, создается в человеческом сознании, использующим сенсорные данные и преобразовывающим их в структуры в нашем мозгу. Такой подход может трудно принять, но легко понять. Ведь нельзя убрать наблюдателей - нас - из восприятия действительности.
По мере развития физики защита реализма становилась все более трудной. В классической физике - физике Ньютона, которая так точно описывает мир нашего ежедневного опыта - интерпретация понятий, таких, как объект и положение, согласуется в принципе с их «реалистическим» пониманием. Однако это так, поскольку мы являемся достаточно примитивными измерительными устройствами. Физики открыли, что объекты, которые мы видим, а также свет, благодаря которому видим, построены из других, меньших объектов, таких, как электроны и фотоны, которых мы не можем наблюдать непосредственно. Ими управляют законы не классической физики, а квантовой механики.
Действительность квантовой теории радикально отличается от действительности, описываемой классической физикой. Частицы не обладают определенным положением и скоростью, пока наблюдатель их не измерит. В некоторых случаях отдельные объекты не могут существовать самостоятельно, а только в виде части большего объекта. Из квантовой физики также следуют далеко идущие выводы касательно понятия прошлого. В классической физике прошлое существует в виде определенной последовательности событий, в квантовой - прошлое, так же, как и будущее, неопределено, существует лишь в форме спектра возможностей. Даже Вселенная, как единое целое, не имеет единого прошлого или истории. Таким образом, квантовая механика постулирует существование другой действительности, отличающейся от постулируемой классической физикой, несмотря на то, что именно последняя согласуется с нашей интуицией и продолжает быть основой для строительства домов или мостов.
Эти примеры приводят нас к важному выводу относительно интерпретационных рамок современной науки. Нельзя говорить о концепции действительности в отрыве от конкретного видения или теории. Мы принимаем точку зрения, которую можно назвать реализмом, зависящим от модели: идею, что физическая теория или видение мира - это модель (обычно математическая) и набор правил, которые связывают элементы этой модели с наблюдениями. В этом контексте можно задаваться вопросом не об истинности модели, а только о том, согласуется ли она с наблюдениями. Если две модели соответствуют тому, что мы наблюдаем, то ни одна из них не должна считаться более истинной. Можно использовать ту, которая в данных обстоятельствах более подходяща.
Просим не подстраивать Ваши приемники
Идея альтернативных действительностей является одним из столпов современной попкультуры. В фильме «Матрица» не осознающее ничего человечество функционирует в созданном интеллигентными компьютерами виртуальном мире, благодаря чему машины могут безнаказанно высасывать из людей биоэлектрическую энергию (что бы это ни значило). Откуда мы знаем, что мы на самом деле не сгенерированные компьютерами персонажи, живущие в Матрице? Если бы мы жили в синтетическом воображаемом мире, события не были бы обязаны подчиняться никакой логике и законам. Для контролирующих нас «чужих» могло бы быть забавным наблюдать за нашей реакцией, когда все внезапно пришли бы к мнению, что шоколад отвратителен, или что войны не решают никаких проблем. Однако ничего такого никогда не произошло. Если чужие навязали нам непротиворечивые законы, то у нас нет никакой возможности понять, что за нашей симулированной действительностью не стоит какая-то другая. Легко сказать, что мир, в котором живут чужие - «настоящий», а тот, который создают компьютеры - фальшивый. Но если - так, как и мы - существа в симулированном мире не в состоянии посмотреть на него извне, то у них нет ни малейшего повода, чтобы сомневаться в реальности своего видения действительности.
Золотые рыбки находятся в похожей ситуации. Образ того, что происходит вне их искривленного аквариума отличается от нашего, но они могут сформулировать научные законы, которые управляют движением наблюдаемых тел. Например: поскольку луч света искривляется, попадая из воздуха в воду, то свободный объект, который по нашему мнению передвигается по прямой линии, по мнению рыбки будет передвигаться по искривленной траектории. Но несмотря на искаженную перспективу, рыбки могут формулировать законы природы, которые всегда будут истинными и позволят им предсказывать движения объектов снаружи аквариума. Законы эти будут имет более сложный вид, чем их эквивалент в нашей действительности, но простота - вопрос вкуса. Если золотые рыбки сформулировали бы свою собственную теорию, то мы должны были бы признать, что она правильно отражает действительность. Хорошо известным историческим примером различающихся образов действительности является птолемеевская модель с неподвижной Землей в центре Вселенной и коперниковская модель, в которой центром Вселенной является Солнце. Хотя нередко можно услышать, что Коперник доказал ложность птолемеевской модели, это не является правдой. Как и в случае взглядов наших и золотой рыбки, можно воспользоваться любой из этих моделей в качестве подходящей для наблюдаемой Вселенной. Происходит это потому, что наши наблюдения неба можно объяснить, как принимая, что Земля неподвижна, так и считая, что неподвижно Солнце. Кроме роли, которую коперниковская система сыграла в философских дебатах о природе нашей Вселенной, ее преимущество состоит в действительности только в том, что уравнения движения значительно проще в системе, в которой Солнце неподвижно.
Реализм, зависящий от модели, применим не только к научным теориям, но также и к сознательным и подсознательным мысленным моделям, которые мы создаем для интерпретации и понимания окружающего нас мира. Например, человеческий мозг перерабатывает необработанные данные, получаемые нами от зрительного нерва, соединяя информацию от обоих глаз, увеличивая разрешение картинки и заполняя пустые места, связанные, например, с существованием слепого пятна на сетчатке. Более того, он создает иллюзию объемности из двумерных данных, полученных с сетчатки. Когда смотришь на стул, используешь только рассеиваемый им свет, чтобы создать мысленный образ или модель стула. Мозг, однако, является настолько совершенным создателем моделей, что когда мы надеваем очки, которые переворачивают изображение вверх ногами, мозг применяет другую модель, так, что мы снова начнем видеть мир вполне правильно - если нам немного повезет, перед тем, как мы попробуем сесть.
Географический атлас
Никакая из попыток сформулировать окончательные законы физики не возбудила столько надежд - и не вызвала столько споров - как теория струн. Она была предложена впервые в семидесятых годах в качестве пробы унифицировать все силы природы в рамках одного когерентного описания, а в особенности, объединить гравитацию с квантовой теорией. В начале девяностых, однако, было обнаружено, что теория имеет странное свойство - существует пять разных версий ее. Для тех, кто пропагандировал теорию струн, как окончательную теорию всего, это явилось серьезной проблемой. Однако в середине девяностых исследователи начали отдавать себе отчет, что эти, казалось бы, разные теории (а также еще другая теория, называемая супергравитацией), в сущности, описывают одни и те же явления, что укрепило надежду на создание объединяющей теории. Теории струн связаны друг с другом с помощью т. н. дуальностей, которые являются чем-то вроде математического словаря, позволяющего переводить с языка одной теории на язык другой. К сожалению, каждая из них является хорошим описанием явлений только при определенных условиях, например, при низких энергиях, но ни одна из них не в состоянии описать все аспекты физических явлений.
Теоретики струн сейчас убеждены, что эти пять теорий в действительности - разные частные случаи одной фундаментальной теории, называемой М-теорией. (Никто не знает, что означает «М». Может, «master», «miracle», «mystery», или все вместе). Ученые все время стараются понять стуктуру М-теории, хотя убеждение, что существует одна теория природы, может оказаться ошибочным,а для описания Вселенной в разных условиях нужно применять разные теории. Таким образом, М-теория не является теорией в обычном смысле, а целой сетью теорий, напоминающей немного карту. Чтобы правильно отобразить всю Землю на плоской поверхности, необходимо использовать весь атлас, состоящий из карт, каждая из которых описывает ограниченную площадь. Две карты могут частично перекрываться, и в таких местах относятся к одному и тому же региону. Так и разные теории, входящие в состав М-теории, могут выглядеть по-разному, но в сущности не исключено, что все они являются версией одной и той же фундаментальной теории: взаимно согласуются в областях, где перекрываются, хотя ни одна из них не описывает всего.
Всегда, когда нам удается создать удачную модель мира, у нас есть тенденция приписывать ей универсальность или абсолютную истинность. Но М-теория, так же, как и история с золотой рыбкой, показывает, что одни и те же физические явления могут быть описаны различными моделями с использованием различных основных элементов и понятий. Может так оказаться, что для описания Вселенной мы должны при различных условиях применять различные теории. Каждая из них может оперировать своей версией действительности, но в случае реализма, зависящего от модели, такая диверсификация акцептируема, что не позволяет нам ни одну из версий считать более реальной, чем остальные. Это не является традиционным взглядом на то, какой должна быть физическая теория природы, и не соответствует также обыденным взглядам на действительность. Но может именно такой является наша Вселенная.
Стивен Хокинг, Леонард Млодинов
Несколько лет тому назад Городской Совет в Монца, Италия, запретил содержать золотых рыбок в аквариумах-шарах, аргументируя это тем, что их форма искажает действительность, которую видят эти создания. Обречение их на жизнь в таком «искривленном» мире было расценено, как жестокое обращение. Отвлекаясь от благотворного влияния этого запрета на рыбок, видим, что эта история ставит перед нами интересный философский вопрос: откуда мы знаем, что наблюдаемая нами действительность соответствует истинному положению дел?
Правда, золотые рыбки видят другую версию действительности, чем мы, но откуда мы знаем, что она менее реальна? Наши знания совершенно не исключают того, что и мы тоже видим искаженную картину мира.
В физике этот вопрос абсолютно не явлется отвлеченным. Физики и космологи находятся, в определенном смысле, в таком же положении, как наша золотая рыбка. Десятки лет мы пытаемся найти окончательную теорию всего - полный и непротиворечивый набор фундаментальных законов природы, объясняющий все аспекты действительности. Сейчас, кажется, мы имеем дело не с одной, а с целым набором взаимно перекрывающихся теорий, каждая из которых описывает свою собственную версию действительности, так, как будто бы каждой из них соответствовало видение мира изнутри своего аквариума.
Такой вывод многим - в том числе, многочисленным активным ученым - трудно принять. Большинство людей верит в существование объективной внешней действительности, а также в то, что наши органы чувств и наука сообщают нам непосредственные знания о материальном мире. Классическая наука опирается на знании, что наружный мир в действительности существует и обладает определенными, независящими от наблюдателя свойствами. В философии такое мировоззрение называется материализмом.
Каждый, кто помнит Тимоти Лири и шестидесятые, знает, что существует еще другая концепция: можно принять, что видение действительности зависит от сознания наблюдателя. Основанные на таком допущении взгляды называются (в зависимости от мелких различий между ними) антиреализмом, инструментализмом или идеализмом. Согласно ним мир, который мы знаем, создается в человеческом сознании, использующим сенсорные данные и преобразовывающим их в структуры в нашем мозгу. Такой подход может трудно принять, но легко понять. Ведь нельзя убрать наблюдателей - нас - из восприятия действительности.
По мере развития физики защита реализма становилась все более трудной. В классической физике - физике Ньютона, которая так точно описывает мир нашего ежедневного опыта - интерпретация понятий, таких, как объект и положение, согласуется в принципе с их «реалистическим» пониманием. Однако это так, поскольку мы являемся достаточно примитивными измерительными устройствами. Физики открыли, что объекты, которые мы видим, а также свет, благодаря которому видим, построены из других, меньших объектов, таких, как электроны и фотоны, которых мы не можем наблюдать непосредственно. Ими управляют законы не классической физики, а квантовой механики.
Действительность квантовой теории радикально отличается от действительности, описываемой классической физикой. Частицы не обладают определенным положением и скоростью, пока наблюдатель их не измерит. В некоторых случаях отдельные объекты не могут существовать самостоятельно, а только в виде части большего объекта. Из квантовой физики также следуют далеко идущие выводы касательно понятия прошлого. В классической физике прошлое существует в виде определенной последовательности событий, в квантовой - прошлое, так же, как и будущее, неопределено, существует лишь в форме спектра возможностей. Даже Вселенная, как единое целое, не имеет единого прошлого или истории. Таким образом, квантовая механика постулирует существование другой действительности, отличающейся от постулируемой классической физикой, несмотря на то, что именно последняя согласуется с нашей интуицией и продолжает быть основой для строительства домов или мостов.
Эти примеры приводят нас к важному выводу относительно интерпретационных рамок современной науки. Нельзя говорить о концепции действительности в отрыве от конкретного видения или теории. Мы принимаем точку зрения, которую можно назвать реализмом, зависящим от модели: идею, что физическая теория или видение мира - это модель (обычно математическая) и набор правил, которые связывают элементы этой модели с наблюдениями. В этом контексте можно задаваться вопросом не об истинности модели, а только о том, согласуется ли она с наблюдениями. Если две модели соответствуют тому, что мы наблюдаем, то ни одна из них не должна считаться более истинной. Можно использовать ту, которая в данных обстоятельствах более подходяща.
Просим не подстраивать Ваши приемники
Идея альтернативных действительностей является одним из столпов современной попкультуры. В фильме «Матрица» не осознающее ничего человечество функционирует в созданном интеллигентными компьютерами виртуальном мире, благодаря чему машины могут безнаказанно высасывать из людей биоэлектрическую энергию (что бы это ни значило). Откуда мы знаем, что мы на самом деле не сгенерированные компьютерами персонажи, живущие в Матрице? Если бы мы жили в синтетическом воображаемом мире, события не были бы обязаны подчиняться никакой логике и законам. Для контролирующих нас «чужих» могло бы быть забавным наблюдать за нашей реакцией, когда все внезапно пришли бы к мнению, что шоколад отвратителен, или что войны не решают никаких проблем. Однако ничего такого никогда не произошло. Если чужие навязали нам непротиворечивые законы, то у нас нет никакой возможности понять, что за нашей симулированной действительностью не стоит какая-то другая. Легко сказать, что мир, в котором живут чужие - «настоящий», а тот, который создают компьютеры - фальшивый. Но если - так, как и мы - существа в симулированном мире не в состоянии посмотреть на него извне, то у них нет ни малейшего повода, чтобы сомневаться в реальности своего видения действительности.
Золотые рыбки находятся в похожей ситуации. Образ того, что происходит вне их искривленного аквариума отличается от нашего, но они могут сформулировать научные законы, которые управляют движением наблюдаемых тел. Например: поскольку луч света искривляется, попадая из воздуха в воду, то свободный объект, который по нашему мнению передвигается по прямой линии, по мнению рыбки будет передвигаться по искривленной траектории. Но несмотря на искаженную перспективу, рыбки могут формулировать законы природы, которые всегда будут истинными и позволят им предсказывать движения объектов снаружи аквариума. Законы эти будут имет более сложный вид, чем их эквивалент в нашей действительности, но простота - вопрос вкуса. Если золотые рыбки сформулировали бы свою собственную теорию, то мы должны были бы признать, что она правильно отражает действительность. Хорошо известным историческим примером различающихся образов действительности является птолемеевская модель с неподвижной Землей в центре Вселенной и коперниковская модель, в которой центром Вселенной является Солнце. Хотя нередко можно услышать, что Коперник доказал ложность птолемеевской модели, это не является правдой. Как и в случае взглядов наших и золотой рыбки, можно воспользоваться любой из этих моделей в качестве подходящей для наблюдаемой Вселенной. Происходит это потому, что наши наблюдения неба можно объяснить, как принимая, что Земля неподвижна, так и считая, что неподвижно Солнце. Кроме роли, которую коперниковская система сыграла в философских дебатах о природе нашей Вселенной, ее преимущество состоит в действительности только в том, что уравнения движения значительно проще в системе, в которой Солнце неподвижно.
Реализм, зависящий от модели, применим не только к научным теориям, но также и к сознательным и подсознательным мысленным моделям, которые мы создаем для интерпретации и понимания окружающего нас мира. Например, человеческий мозг перерабатывает необработанные данные, получаемые нами от зрительного нерва, соединяя информацию от обоих глаз, увеличивая разрешение картинки и заполняя пустые места, связанные, например, с существованием слепого пятна на сетчатке. Более того, он создает иллюзию объемности из двумерных данных, полученных с сетчатки. Когда смотришь на стул, используешь только рассеиваемый им свет, чтобы создать мысленный образ или модель стула. Мозг, однако, является настолько совершенным создателем моделей, что когда мы надеваем очки, которые переворачивают изображение вверх ногами, мозг применяет другую модель, так, что мы снова начнем видеть мир вполне правильно - если нам немного повезет, перед тем, как мы попробуем сесть.
Географический атлас
Никакая из попыток сформулировать окончательные законы физики не возбудила столько надежд - и не вызвала столько споров - как теория струн. Она была предложена впервые в семидесятых годах в качестве пробы унифицировать все силы природы в рамках одного когерентного описания, а в особенности, объединить гравитацию с квантовой теорией. В начале девяностых, однако, было обнаружено, что теория имеет странное свойство - существует пять разных версий ее. Для тех, кто пропагандировал теорию струн, как окончательную теорию всего, это явилось серьезной проблемой. Однако в середине девяностых исследователи начали отдавать себе отчет, что эти, казалось бы, разные теории (а также еще другая теория, называемая супергравитацией), в сущности, описывают одни и те же явления, что укрепило надежду на создание объединяющей теории. Теории струн связаны друг с другом с помощью т. н. дуальностей, которые являются чем-то вроде математического словаря, позволяющего переводить с языка одной теории на язык другой. К сожалению, каждая из них является хорошим описанием явлений только при определенных условиях, например, при низких энергиях, но ни одна из них не в состоянии описать все аспекты физических явлений.
Теоретики струн сейчас убеждены, что эти пять теорий в действительности - разные частные случаи одной фундаментальной теории, называемой М-теорией. (Никто не знает, что означает «М». Может, «master», «miracle», «mystery», или все вместе). Ученые все время стараются понять стуктуру М-теории, хотя убеждение, что существует одна теория природы, может оказаться ошибочным,а для описания Вселенной в разных условиях нужно применять разные теории. Таким образом, М-теория не является теорией в обычном смысле, а целой сетью теорий, напоминающей немного карту. Чтобы правильно отобразить всю Землю на плоской поверхности, необходимо использовать весь атлас, состоящий из карт, каждая из которых описывает ограниченную площадь. Две карты могут частично перекрываться, и в таких местах относятся к одному и тому же региону. Так и разные теории, входящие в состав М-теории, могут выглядеть по-разному, но в сущности не исключено, что все они являются версией одной и той же фундаментальной теории: взаимно согласуются в областях, где перекрываются, хотя ни одна из них не описывает всего.
Всегда, когда нам удается создать удачную модель мира, у нас есть тенденция приписывать ей универсальность или абсолютную истинность. Но М-теория, так же, как и история с золотой рыбкой, показывает, что одни и те же физические явления могут быть описаны различными моделями с использованием различных основных элементов и понятий. Может так оказаться, что для описания Вселенной мы должны при различных условиях применять различные теории. Каждая из них может оперировать своей версией действительности, но в случае реализма, зависящего от модели, такая диверсификация акцептируема, что не позволяет нам ни одну из версий считать более реальной, чем остальные. Это не является традиционным взглядом на то, какой должна быть физическая теория природы, и не соответствует также обыденным взглядам на действительность. Но может именно такой является наша Вселенная.