Сейчас. Физика времени Мюллер Ричард
Причина, по которой вы не можете назвать определенные теоремы верными, но недоказуемыми, проста: если бы вы могли это сделать, это было бы доказательством их истинности. Многие теоремы могут быть опровергнуты одним-единственным контрпримером, но с теоремой Гёделя это не пройдет.
Поскольку современная физика пользуется математикой как одним из главных своих инструментов, всякая физическая теория обязательно неполна. Непременно существуют истинные утверждения, которые невозможно доказать или истинность которых невозможно продемонстрировать. Стивен Хокинг сокрушается по этому поводу, но утешается признанием того, что к любому неизвестному можно подступиться, разработав более полную теорию или добавив еще несколько постулатов или принципов. Из теоремы Гёделя следует, рассуждает он, что все существующие теории (и, он наверняка согласился бы, которые еще будут сформулированы) неполны. Он с иронией заключает, что у теоретиков всегда будет работа.
Теорема Гёделя заставляет задуматься о полноте физики – не какой-то конкретной теории, а науки как таковой. Или какие-то аспекты реальности, помимо тех, которые затрагивает принцип неопределенности, принципиально недоступны? Стоит об этом задуматься, и сразу же выясняется, что многие аспекты реальности не только не затронуты современной физикой, но, кажется, никогда не будут ею затронуты, как бы она ни продвинулась вперед. Очевидный пример можно найти в обычном вопросе о том, как что-то выглядит.
Как выглядит синий цвет?
Когда вы видите синее и я вижу синее, мы видим один и тот же цвет? Или, может быть, когда вы видите синее, на самом деле видите то, что и я, когда смотрю на красное? Может такое быть?
Я заразился этим вопросом в пятом классе. Учительница ничем не смогла мне помочь. «Конечно, мы все видим одно и то же», – сказала она. Я не сдался. Наш учитель физики, казалось, знал очень много всего, поэтому, когда я был в девятом классе, после уроков задал ему этот вопрос. Он сказал, что зрительный сигнал у всех людей идет в одну и ту же часть мозга, так что, разумеется, мы все видим все одинаково. Я счел, что он не ответил. Кроме того, научился остерегаться слов «конечно» и «разумеется».
Как можно сформулировать этот вопрос более понятно и убедительно? Оказалось, это хитрая задача. Некоторые, кажется, понимали, о чем я веду речь; другие отмахивались от моего вопроса, считая его бессмысленным. Теперь-то я знаю, что он волновал многих великих философов во всем мире. По существу, эту проблему можно свести к различию между мозгом (физическим объектом, в котором происходит мышление) и сознанием (более абстрактной концепцией духа, который пользуется мозгом как инструментом). Разграничение мозга и сознания относилось к классу задач, которые обозначаются как «дуализм» и восходят по крайней мере к древним грекам.
Вот простой эксперимент, который вы можете проделать сами, чтобы прояснить вопрос с цветом. Держа оба глаза открытыми, посмотрите на какой-нибудь окрашенный предмет; затем закройте рукой сначала правый глаз, а затем левый. Остались ли цвета в точности такими, как были? У пожилых людей это, как правило, не так; с возрастом хрусталик слегка выцветает, причем у каждого глаза по-своему, и эти изменения меняют в том числе и восприятие. Это как смотреть сквозь очки со стеклами разных оттенков. Мой офтальмолог говорит, что многие люди видят цвета немного по-разному правым и левым глазами. Если вы видите красное чуть иначе разными глазами, то что мешает другому человеку видеть это же красное совершенно иначе? (Замена физических глаз не поможет ответить.)
У меня диагностировано отклонение, известное как diplacusis binauralis[242]. Проявляется оно в том, что для одной и той же частоты (скажем, для звучащего камертона) я справа и слева слышу звуки разной высоты, что довольно неудобно. Больше всего это раздражает моих детей, которые часто жалуются, что я не могу вести мелодию. В конце концов я нашел для себя способ петь, одновременно по-разному совмещая с мелодией звук в каждом ухе.
Это, конечно, пустяк, но нет никаких причин, по которым такой эффект не может наблюдаться в более широком масштабе. Может быть, то, что для меня синее, для вас красное.
В 1982 году австралийский философ Фрэнк Джексон сформулировал мой детский вопрос о восприятии красок особенно убедительно, как мне кажется. Он сочинил историю про блестящую женщину-ученого Мэри. Она с рождения воспитывалась в замкнутом бесцветном пространстве, где все предметы были черными, серыми или белыми и не было ничего цветного, на чем можно было бы остановить взгляд. Мэри читала только те книги, где не было цветных картинок, и смотрела черно-белый телевизор.
В интерактивном музее Сан-Франциско «Эксплораториум»[243] есть чудесная комната, где смоделирована бесцветная среда. Помещение освещается почти монохроматическим светом – одной частоты, одного слегка желтоватого оттенка от натриевых ламп низкого давления. (Вы можете купить такую и включить ее дома; только не берите лампу высокого давления, она излучает многоцветный свет.) В этой комнате музея полно предметов, которые в обычном белом свете были бы разноцветными: там есть ткани и коллажи, даже автомат по продаже жевательных конфет, но цвета не видны, а лишь оттенки желтого: от яркого через серовато-желтоватые оттенки к темному. И если долго находиться в этой комнате, слабеет даже восприятие желтого – как можно иногда, проходив несколько минут в темных очках, совершенно забыть про них. Глаза привыкают к необычному освещению, и вы начинаете видеть только оттенки серого: от черного до белого. Но можно взять фонарик и осветить, к примеру, горсть жевательных конфет; это будет настоящий взрыв цвета, который вас ошеломит. (Если пойдете в «Эксплораториум» с ребенком, не забудьте взять мелочь для автомата с конфетами.)
В истории Джексона придуманная им Мэри растет и воспитывается в своем черно-белом доме нормально во всех отношениях, за исключением одного: полного отсутствия цветов. Она читает о цвете в книгах по физике и гадает, каково это – жить в многоцветном мире. Теорию радуги считает элегантной и красивой (в физическом смысле), но при этом не перестает размышлять: как же все-таки выглядит радуга? Отличается ли просто красота от красоты научной?
В конечном счете Мэри становится блестящим ученым, магистром не только физики, но и нейрофизиологии, философии и вообще всех дисциплин, которые вам, возможно, захочется добавить к этому спису. (Не забывайте, это придуманная история.) Она понимает, как работает глаз – оптическое излучение разных частот (длин волн) возбуждает в глазу разные сенсоры, глаз проводит предварительную обработку, а затем посылает сигналы в различные части мозга. Она все об этом знает, но сама никогда не испытывала ничего подобного.
Затем в один прекрасный день Мэри открывает дверь и выходит из своего черно-белого дома в полноцветный мир. Какой будет ее реакция на долгожданную радугу? (Помните, это мысленный эксперимент; мы не должны беспокоиться о том, не атрофировалась ли у нее за все эти черно-белые годы способность к восприятию цвета.) Когда она взглянет в первый раз на небо, на траву и закат, скажет ли: «О, все выглядит в точности так, как я и ожидала, в точности так, как написано в научных книгах»? Или: «Вот это да! Я даже не представляла себе!»? Джексон спрашивает: «Получит ли она какое-нибудь новое знание?» А если получит, то какое, собственно, это будет знание, о чем?
Мой ответ на вопрос Джексона таков: да, она узнает кое-что новое для себя. Она узнает, как выглядит на самом деле красное, зеленое и синее. Но если кто-то другой – может быть, вы? – скажет в ответ на вопрос Джексона, что нет, ничего нового она не узнает, мне будет трудно убедить вас в том, что вы неправы. Либо вы понимаете, о чем я говорю, либо нет. Я не могу объяснить, что имею в виду, с помощью физики, или математики, или любой другой количественной науки. Точно так же и вам будет очень трудно убедить меня в своей правоте. Вы, возможно, решите, что я недостаточно открыт новому, или необъективен, или не прислушиваюсь к доводам разума, или отвергаю научный подход. Но я утверждаю, что точно знаю: то, о чем я говорю, верно. Это не вопрос личного мнения или веры. Я знаю, что имею в виду, и это верно! Существует некое дополнительное знание о цвете, которое Мэри получит только тогда, когда увидит цвет сама. Она узнает, как он выглядит. Вы скажете – чепуха; она не открыла ничего нового. И не существует способа, с помощью которого мы с вами могли бы примирить наши точки зрения.
Какая сущность выполняет зрительный процесс? Если свободная воля существует, какая сущность реализует ее? Какая сущность переживает момент сейчас и отличает его от потом? Скрыта ли она где-то в глубинах мозга или находится вне его, за пределами? Чтобы заострить вопрос, рассмотрим телепортацию Джеймса Кирка, капитана звездного корабля Enterprise.
Передай меня по лучу, Скотти
Одним из классических звуковых фрагментов, вошедших в нашу жизнь из сериала «Звездный путь», стала каноническая фраза «Передай меня по лучу, Скотти». Когда капитан Кирк произносил эти слова[244], инженер Скотти должен был активировать телепортатор; в результате работы этого устройства тело капитана исчезало (уничтожалось? – мы не знаем наверняка), а затем появлялось вновь (собиралось заново?) в другом месте. В «Звездном пути» телепортация, представляющая собой абсолютный идеал высокоскоростного и удобного транспортного средства, помогала ускорять сюжет.
Как это работало? Разумеется, никак; это все-таки научная фантастика. Но когда я вижу перед собой научную фантастику, всегда стараюсь примирить ее с физикой. В этом случае было не слишком трудно. Представьте Кирка в виде квантовой волновой функции. Телепортатор должен просто «клонировать» эту волновую функцию, то есть создать полный ее дубликат – ее и объекта, который она описывает. Будет ли дубликат создан из тех же самых молекул, что и оригинал? Это вряд ли важно; по представлениям современной физики, все атомы углерода одинаковы, как и все электроны, атомы кислорода и т. д., согласно принципу тождественности (неотличимости) элементарных частиц. Вспомните фейнмановские диаграммы, где электрон и позитрон рассеиваются друг на друге. Это говорит о том, что рождающийся электрон одновременно и исходный, и новообразованный, то есть это один и тот же электрон. Или вот еще пример сложностей, ожидающих нас при размышлениях об идентичных частицах: сейчас в вашем теле очень мало молекул, присутствовавших в нем, когда вы были ребенком; большая их часть за это время заместилась другими такими же молекулами. Тем не менее вы, вероятно, ощущаете себя тем же самым человеком.
Оказывается, сразу несколько теорем современной квантовой физики говорят о том, что такое клонирование в принципе возможно, только если оригинал при этом будет уничтожен. Одна из этих теорем даже называется теоремой о запрете телепортации, но, несмотря на слово «запрет» в названии, она не исключает того варианта, который показан в «Звездном пути»; она просто утверждает, что невозможно телепортировать что-либо, сначала превратив волновую функцию в классический набор измерений, а затем проделав обратную операцию. Еще одна теорема носит название теоремы о запрете клонирования, но это не значит, что клонирование невозможно; это означает лишь, что невозможно изготовить точную копию чего-либо, не разрушив оригинал. Так что, хотя мы и не знаем, как сделать телепортатор из «Звездного пути», никакие известные законы современной физики не запрещают его существования.
Предположим, мы отыщем способ телепортироваться способом, показанным в «Звездном пути». Вы позволили бы так передать по лучу себя?
Я бы не позволил.
Почему? Я опасаюсь, что новый человек, который появится на конце луча, может оказаться не совсем мной. Принимаю утверждение, что созданное человеческое существо будет обладать всеми моими воспоминаниями, качествами, слабостями, пристрастиями и будет неотличимым от меня по всем физическим параметрам. Но будет ли он мной? Понимаете, почему я беспокоюсь? Окажется ли точная копия меня в точности мной самим? Конечно, физика не сможет нас различить. Но не существует ли реальности помимо физики? Воспользовавшись старым языком религии, спрошу: откуда мне знать, что душа будет перенесена в место назначения вместе с моим телом?
Научная фантастика давно уже играет с идеей о том, что человеческое тело можно скопировать вместе с памятью, но клонированный таким образом человек на самом деле будет другим. В книгах и фильмах, где обыгрывается этот сценарий, взрослые с большим трудом отличают копию от оригинала, а вот дети и домашние животные с легкостью замечают разницу. И как Кассандре[245] в греческой легенде, им никто не верит, хотя они говорят правду. Именно так обстоят дела в фильмах о подмене души, от «Вторжения похитителей тел» (1956) до «Захватчиков с Марса» (1986). Как правило, клоны пытаются убедить неклонов в том, что клонирование – замечательная штука, и клонироваться обязательно надо. Но мы-то, зрители, понимаем, что это не так.
Переношусь ли я из одной точки в другую при клонировании моей квантовой волновой функции? Какую же чепуху вы спрашиваете, правда?
Что такое наука?
Что отличает научное знание от знания любого другого сорта? Думаю, определяющая суть в том, что наука – такой подраздел знания, в котором мы можем рассчитывать на всеобщее согласие. У науки есть средства для разрешения споров, она умеет достоверно определять, что верно, а что ошибочно. Может быть, мы с вами никогда не придем к единому мнению по поводу шоколада: вкуснятина это или противная липкая штука, – но точно знаем, что сможем в конце концов достичь согласия по поводу массы электрона. Вероятно, никогда не договоримся по поводу наилучшей формы государственного управления или экономических систем; скорее всего, не сможем обсудить даже справедливость и этику, но мы имеем, в принципе, возможность прийти к согласию о том, верна ли теория относительности и действительно ли E = mc2.
Когда я вижу синее, что видите вы? Тоже синее? Это не научный вопрос. Становится ли он от этого недопустимым? Суть его сводится к разнице между мозгом и сознанием. Существует ли что-нибудь помимо мозга, скрывающееся за нейронными сетями? Есть ли нечто большее, чем просто физическая, механическая совокупность атомов, – нечто, не просто способное видеть, но и знающее, как выглядит цвет? Я не могу доказать, что такое знание существует. Могу лишь попытаться убедить вас.
Эта проблема чем-то напоминает вопрос иррациональности 2 – о доказательстве того, что это число невозможно записать в виде отношения целых чисел. Доказательство, которое я привожу в Приложении 3, основано на достижении противоречия, но дело в том, что подобный подход нельзя вывести из предыдущей математики; его приходится брать как предположение и принимать на веру как постулат. Аналогична и ситуация с математической индукцией; никто не доказал, что этот метод верен. Это необходимо принять как отдельное допущение. Кроме того, существует важная, хоть и немного невнятная, аксиома выбора – ключевая концепция в математике. Даже наша способность выбирать не самоочевидна. На самом деле ее, может, и нет вовсе, если в реальности мы представляем собой просто машины, управляемые внешними силами и подталкиваемые, возможно, Богом, который «кидает кости».
При обсуждении вопроса о том, как «выглядят» цвета, мы отходим от правил, которых Ньютон неизменно придерживался в физических исследованиях. Кто-то может посетовать, что мы уходим от науки к семантике или – еще хуже – к философии. Мы же обсуждаем не вопросы, имеющие конкретный смысл или интересное содержание. Пожалуйста, скажете вы, определите точно, что вы имеете в виду, когда говорите – цвет как-то выглядит, вот тогда мы сможем понять, универсально ли это выглядит.
Платон в диалоге «Менон»[246] утверждал, что существует знание, которое невозможно получить физическими измерениями. Помимо всего прочего, философ имел в виду мораль – концепцию, которую многие ученые сегодня отбросили бы как ненаучную. Мораль, могли бы сказать они, это набор поведенческих стереотипов, оптимизированных под те варианты поведения, которые способствуют выживанию сильнейших. Платон демонстрировал свой тезис об изначальном знании тем, что никогда (ну хорошо, почти никогда) не позволял герою своего произведения высказывать собственное мнение; вместо этого Сократ задавал вопросы, извлекая тем самым наружу знания, которые, как утверждал Платон, уже существовали в сознании объекта. Представьте: вместо того чтобы привести доказательство иррациональности 2, я просто начну задавать вам вопросы и таким образом подведу вас к доказательству. Это суть сократического метода, называемого майевтикой[247]. И тогда я смогу утверждать, как это делает Сократ, что знание уже готовым лежало в вашем мозгу и его просто нужно было выманить наружу.
Вся математика представляет собой знание, лежащее вне физической реальности. Это беспокоит многих и часто становится причиной математикофобии. Говоря эмпирически, мы можем только показать, что некоторые правила математики приблизительно верны. Точна ли теорема Пифагора? Или, может быть, наибольший угол в треугольнике со сторонами 3-4-5 равен вовсе не 90°, а всего лишь 89,999999? Откуда вы знаете? Не из физики; не из измерений. (А в искривленном пространстве он действительно оказывается не равным 90°, а на шаре можно построить треугольник, все три угла которого будут прямыми.) Математика исследует истины не посредством экспериментальных тестов, а лишь на основании их внутренней непротиворечивости. Можно постулировать, что две различные прямые, проходящие через одну точку, никогда больше не встретятся, – а можно постулировать, что пересекутся. Первый вариант входит в фундамент евклидовой геометрии; второй верен в рамках замкнутого, искривленного пространства-времени общей теории относительности.
Согласно легенде, пифагорейцы так расстроились, обнаружив иррациональность 2, что вышвырнули Гиппаса[248] – человека, который это открыл, – с ладьи в море. (Современная метафора на эту тему звучит немного иначе: «Бросьте его под автобус».) Доказательство Гиппаса вполне могло походить на то, которое я даю в Приложении 3, но существуют и другие симпатичные доказательства, причем одно из них основано на геометрии.
Согласно другому варианту легенды, пифагорейцы сочли природу числа 2 и факт ее открытия исполненными настолько глубокого смысла, что это число стало основой их религии. В этой истории они швырнули Гиппаса за борт в наказание за то, что он раскрыл эту величайшую тайну непосвященным. Тем не менее можно без всяких сомнений утверждать, что пифагорейцы в этой теореме открыли действительно глубокую истину: есть знание, существующее вне физической реальности; эта истина настолько поразительна, что они считали возможным сообщать ее только посвященным, давшим клятву хранить тайны пифагорейской веры. А Гиппас открыл, что нефизические истины – истины, не поддающиеся физической верификации, – в самом деле существуют.
Глава 22
Cogito ergo sum[249]
Существует ли «сейчас» в мозге? Или только в сознании?
У. Шекспир, «Макбет»[250]
- Кинжал ли предо мной? И рукоятью
- К моей руке? – Вот я тебя схвачу!
- Ты не даешься, а тебя все вижу…
- Так существуешь ли для ощупи,
- Как для очей, виденье роковое?
- Или кинжал – призрак, созданье лжи,
- Исшлец ты из пылающего мозга?
«Если что-то невозможно измерить, его не существует». Мы воспринимаем эту сентенцию как самоочевидную истину. Разумеется, она доказуема не больше, чем, скажем, права человека, заявленные в Декларации независимости. Но это не гипотеза и тем более не теория; это больше напоминает некую доктрину, тезис, прибитый, фигурально выражаясь, к дверям кафедры физики. Это догма, способная, если в нее поверить, привести к господству над всем физическим миром. Философы называют ее физикализмом.
Пожалуйста, не поймите меня неправильно. Физика сама по себе не религия. Это строгая дисциплина со строгими правилами о том, что можно считать доказанным или не доказанным. Но если считать, что эта дисциплина представляет всю реальность целиком, она действительно приобретает черты религии. Мало того, что не существует никакой жесткой логической связи между физикой и физикализмом: нет вообще никакой логической причины их связывать. Догма, что физика охватывает всю реальность, оправданна не более тезиса, что Библия содержит в себе всю истину.
Физикализм
Физикализм можно проиллюстрировать цитатой, которую я привел в главе 1. В ней философ Рудольф Карнап критикует уход Альберта Эйнштейна к нефизической вере: «Поскольку, в принципе, наука может сказать все, что только может быть сказано, вопросов, оставшихся без ответов, не может быть». Это ведь самоочевидно, правда? Когда вы это прочли, восприняли ли как хорошо известную истину?
Как выглядят цвета? Это не физический вопрос, поэтому физикалисты его бы не потерпели. Когда вы видите синий цвет, видите ли вы то же самое, что и я, когда смотрю на синий цвет? Это чепуховый, совершенно бессмысленный вопрос. Невозможно разработать процедуру, которая позволит проверить ответ, каким бы он ни был, поэтому его истинность оценить не удастся. С точки зрения физикалистов сама постановка такого вопроса ставит под сомнение здравый смысл и рассудок. Для физикалиста человек, считающий возможным спрашивать, как выглядит тот или иной цвет, уже подозрителен: а не уходит ли он от физики, не теряет ли самодисциплину, не съезжает ли в научную ересь?
Физикализм доходит до крайности, когда утверждает, что иллюзорны любые неквантифицируемые наблюдения, то есть неизмеримые количественно. Нам с вами кажется, что мы знаем – время течет, но на самом деле ничего такого не проиходит. Поскольку это не существует в нынешней физической теории и не отражено на пространственно-временной диаграмме, этого нет в реальности, потому что современная структура физики, хотя и не отвечает на все вопросы, охватывает тем не менее всю реальность целиком.
Физики обычно рассматривают математику как науку из-за ее строгости и логичности. Не все обязательно проверять эмпирически; можно также проверять какие-то следствия. Мы знаем, что 2 иррационален, то есть его невозможно записать в виде отношения двух целых чисел. Это утверждение можно, в принципе, опровергнуть, хотя и только в пределах абстрактного, но непротиворечивого царства математики; для этого достаточно найти целые числа, отношение которых даст 2.
Физики действительно пользуются квантовыми амплитудами (амплитудами вероятности) и волновыми функциями – штуками принципиально неизмеримыми. Но стесняются этого и пытаются оправдывать себя. Они надеются, что когда-нибудь смогут отказаться от их использования, а пока просто избегают говорить об их интерпретации. Несмотря на все недостатки физики, ее ценность бесспорна и подтверждается чудесами, которые она выдает: радиотехника, лазеры, аппараты МРТ, телевидение, компьютеры, атомные бомбы и т. д.
Атеизм сам по себе не религия. Это отрицание вполне конкретной разновидности религиозной веры, теизма, утверждающего, что существует Бог, который вознаградит твое преклонение перед ним тем, что поможет выиграть твоей футбольной команде, или поможет твоей армии, или вылечит тебя от рака. Атеизм – это лишь отрицание; он не становится религией, пока не включает в себя какую-то позитивную веру, такую как физикализм, то есть веру в то, что реальность целиком определяется физикой и математикой, а все остальное – лишь иллюзии.
Удивительно, как часто натыкаешься на фразу «наука утверждает…» при обосновании идей, которые на самом деле не основаны на научном знании. По существу, часто это замаскированный физикализм. «Наука утверждает, что свободы воли не существует». Чепуха. На это утверждение кого-то вдохновила физика, но в физике оно никак не обосновывается. Мы не в состоянии предсказать, когда распадется тот или иной атом, и законы физики в том виде, в каком существуют сегодня, говорят, что эта наша несостоятельность – фундаментальное свойство природы. Но если мы не в силах предсказать такое простое физическое явление, как можно воображать, что когда-нибудь мы покажем полностью детерминированное человеческое поведение? Да, известно, что в среднем атомы радиоактивного углерода распадаются за несколько тысяч лет. И в среднем мы ожидаем, что человеческие существа будут принимать решения, которые позволят им расплодиться и произвести на свет новые человеческие существа. Но даже если принять такое минимальное научное заключение, оно оставляет сколько угодно места для решений, основанных на этических и эмпатических ценностях. Наука не «утверждает», что мы когда-нибудь сможем понять человеческие решения без привлечения человеческой же свободной воли.
Нил Тайсон, астрофизик, писатель и звезда сериала «Космос»[251], назвал Ричарда Докинза, автора книги The God Delusion (2006)[252], «главным атеистом мира». Мне очень нравятся книги Докинза о науке, он обоснованно и эффективно критикует многие противоречащие фактам заявления религиозных сект. Его критика организованных религий часто оправданна и имеет смысл, но только потому, что нефизическое знание приносит много зла: он, кажется, считает, что все это просто вздор. Но Докинз совершает фундаментальную ошибку: не говорит об этом прямо, лишь неявно постулируя, что логика требует игнорировать нефизическую реальность. Естественным следствием из такой позиции становится ошибочное представление, что изучение физики несовместимо с верой в Бога. В Приложении 6 я привожу несколько контрпримеров – цитирую глубоко религиозные заявления некоторых величайших физиков всех времен.
В книге «Бог как иллюзия» Докинз пишет: «Я очень счастлив жить в такое время, когда человечество изо всех сил стремится достичь границ познаваемого. И что еще лучше – мы можем в конце концов обнаружить, что этих границ не существует вовсе». Докинз надеется, что возможностям науки действительно не будет предела, но мне кажется, это для него больше, чем надежда, – это уже вера. Это основа его религии, которая базируется на успехах науки в объяснении столь многого, а поэтому – в этом, собственно, заключается суть его доктрины – когда-нибудь она объяснит все. Оптимизм Докинза напоминает мне убеждение древних греков, что любое число можно записать в виде отношения целых чисел. Его ждет разочарование. Пределы физического знания суровы и очевидны. Из нескольких уже приведенных примеров мне становится ясно, что физика неполна и неспособна описать всю реальность.
Более того, вера Докинза в верховенство логики не принимает во внимание жесткие ограничения, открытые Куртом Гёделем. Как уже отмечалось, Гёдель показал, что во всех математических системах присутствуют недоказуемые утверждения, истины, к которым невозможно обратиться и которые невозможно проверить посредством логики. Так что подход Докинза к реальности, принимающий только те истины, которые можно логически продемонстрировать, заведомо ошибочен даже в пределах простого и ясного царства математики.
Эмпатия
Пытались ли вы когда-нибудь представить, каково быть другим – супругом (супругой), кем-то из ваших друзей или знаменитостей (Жанной д’Арк, Альбертом Эйнштейном или Полом Маккартни)? Воображая нечто подобное, считаете ли вы, что лишаетесь при этом собственных воспоминаний и просто становитесь этим другим человеком, видите мир его глазами? Именно эта способность сознания считается источником эмпатии, то есть сочувствия и сопереживания. Неспособность это делать – фундаментальная дисфункция социопатов. Но что именно вы воображаете внутренне, представляя себя кем-то? Какая часть вас переносится на другого человека? Это не ваши чувства, не воспоминания и не знания. Вы пытаетесь увидеть мир таким, каким его видит этот человек. Что это значит?
За неимением другого, более точного термина, давайте обозначим то, что переносится на другое существо, как вашу душу – то самое, что, возможно, не перенесется вместе с вами, когда Скотти отправит вас по лучу. Мне не хочется использовать здесь слово душа, поскольку оно несет с собой немалый груз, связанный с его религиозным использованием: бессмертие и независимая от тела память (узнаете ли вы души своих родителей, когда умрете?); вообще, душа – это то, что наказывают за ваши грехи. Поэтому у меня было искушение назвать эту штуку квинтэссенцией человека (термин, уже принятый в космологической теории), или анимой (с лат. – «душа»; слишком тесно связано с гипнотизмом), или духом (ассоциируется со спортивным и командным энтузиазмом), или даже французским esprit («дух»); но для простоты давайте все же ограничимся словом «душа». Существует ли душа? Реальна ли она?
На первый взгляд душу невозможно обнаружить средствами физики, хотя многие пытаются отыскать ее в физиологии мозга. Душу часто путают с сознанием – вероятно, потому, что физикализму сознание ближе. Разница между душой и сознанием аналогична разнице между разумом и мозгом.
Вспоминаю, как в пятом классе учительница сказала, что мы будем изучать зрение и она расскажет нам, как мы видим. (Это была та же учительница, у которой я позже спрашивал про цвета.) Я очень обрадовался. Тема глубоко меня интересовала, давно хотелось разобраться. В тот же день она повесила на доску схему устройства глаза. Эту схему я видел и раньше, в научных книгах, которые брал в местном отделении Публичной библиотеки Бронкса. (Но вы понимаете, у книги невозможно спросить.) Пока ничего нового. Она показала указкой ход световых лучей. Да, это я тоже знал. Свет проходит сквозь хрусталик, фокусируется на сетчатке и превращается в электрический импульс. Я читал об этом. Импульсы поступают в мозг. Мозг знает, откуда прихоит каждый сигнал, поэтому может восстановить изображение. Изображение на сетчатке перевернуто вниз головой, но мозг переворачивает его обратно. Отлично, вот оно! Настал момент, когда будут даны ответы на мои вопросы! Я удвоил внимание. (Это совершенно правдивая история; я едва мог усидеть на стуле от волнения.) Но вместо того чтобы наконец все объяснить, учительница сказала: «А теперь давайте поговорим о том, как устроено ухо и как мы слышим».
Eruditio interruptus![253]
Я опустился на стул, ужасно разочарованный. Все, что я читал об этом в научных книгах, всегда останавливалось на мозге. Но я-то хотел узнать, как я вижу, как сигнал идет из мозга дальше, в то место, где я могу увидеть, как выглядит синий цвет. Именно потом я подошел к учительнице и спросил ее об этом, но она, кажется, не поняла, о чем я спрашиваю. Сигнал поступает в мозг, вот и все.
Какое отношение все это имеет к тайне понятия сейчас? Пока мы считаем себя не более чем машинами, управляемыми хитроумным компьютером, представление о сейчас лишено всякого смысла. Оно не имеет смысла, если не воспринимается той самой штукой (душой?), которая смотрит на сигнал в мозге и видит, на что похож синий цвет. Это не означает, впрочем, что сейчас не имеет физических истоков; я убежден, что имеет.
Тело человека обрабатывает сигналы, но когда я говорю о душе (за неимением лучшего слова), имею в виду то, что смотрит. Я знаю, что имею душу, и меня невозможно в этом разубедить. Это та самая штука, которая существует помимо физики, тела и вне мозга; которая видит, как выглядят вещи и цвета. Я не понимаю, что такое душа. Сомневаюсь, что моя душа бессмертна, – но при этом, имея детей и внуков, с каждым днем все отчетливее ощущаю, что существует своего рода бессмертие, которого я достигаю через них. Есть ли у них души, как у меня? Да, для меня это очевидно, хотя и не могу объяснить, откуда это знаю. Чувствую, что ясное восприятие души другого человека – это самая суть эмпатии и любви. Как можно нанести вред кому-то, если ощущаешь его душу?
Тем не менее я знаю людей, социопатов, которые ведут себя так, будто не обладают подобным восприятием. Они обращаются с другими людьми так, как если бы те были машинами. Причинить боль для них не труднее, чем выбросить велосипед. У них отсутствует эмпатия, та самая способность поставить себя на место другого, признать, что и у него есть душа. Слегка утешает, что таких людей психологи узнают и выделяют в отдельную категорию; они – исключение, а не большинство человечества.
Людей, лишенных эмпатии, часто изображают в книгах и средствах массовой информации. Когда юный Джимми в фильме 1956 года «Вторжение похитителей тел» говорит: «Это не моя мама!» – он, вероятно, чувствует в этой женщине, которая выглядит и ведет себя как его мама, именно отсутствие эмпатии. В фильме 1998 года «Темный город» инопланетяне выстроили целую планету и проводили на ней эксперименты с единственной целью – разобраться наконец, что делает человека человеком. В кульминационной сцене фильма главный герой Джон Мердок указывает сначала на свой мозг, затем на сердце и заявляет, что все это время они искали не там: суть человека заключается не в логическом мышлении или мозге, а в эмпатии, олицетворяемой сердцем.
Во время выборов в США я иногда чувствую, что на самом деле избирателя больше всего интересует, есть ли у кандидата эмпатия – к нему, избирателю, к бедным, ко всем остальным. А политические вопросы – дело десятое. Американский избиратель не хочет выбрать социопата. Правда, они могут быть очень успешными лидерами, о чем свидетельствуют примеры Мао, Сталина и Саддама Хусейна.
Если вы скажете, что у меня нет души, это всего лишь иллюзия и можно научить компьютерную программу действовать так, как будто она тоже обладает душой, я решу, что вы сами не знаете, о чем говорите, в точности как моя учительница в пятом классе. Мне моя душа абсолютно очевидна, несмотря на предыдущее многотрудное объяснение, что я под этим подразумеваю. Пользуясь словами Августина (он говорил о потоке времени), скажем: «Если меня никто не спрашивает, я знаю; если я хочу объяснить, то не знаю». Всякий раз, думая об этом, я испытываю благоговение. Это ведь мое главное религиозное откровение. Подозреваю, что Эйнштейн переживал примерно то же, говоря: «Человек начинает жить, только когда может жить вне себя».
Остается множество неотвеченных вопросов. Есть ли души у животных? Не знаю. Владельцы собак, которых мне доводилось знать долгие годы, уверены, что у собак души есть. Мне довелось однажды в Руанде два часа провести на расстоянии нескольких метров от пары семейств диких горных горилл, и я прочно убедился, что у них души имеются. Они вели себя как дикие, большие, сильные, волосатые люди.
Cogito ergo sum
В 1637 г. Декарт написал: «Я мыслю, следовательно, я существую». Таким кратким и выразительным образом он отверг философскую идею о том, что жизнь – всего лишь иллюзия, и нас, в сущности, просто нет. Заявление Декарта было обсуждено, оспорено – и отвергнуто. Разумеется, если вы будете настаивать на строгих определениях всех терминов, окажется, что это заявление либо заведомо истинно, либо заведомо ложно. Но зачем философ стал бы изрекать банальности? И почему его высказывание произвело на нас такое сильное впечатление и запомнилось?
Мне представляется, что эту знаменитую фразу лучше всего можно интерпретировать как опровержение физикализма. Написано это было по-французски, а не по-английски и не на латыни, и слова были очень простыми: «Je pense, donc je suis». Классические философы интерпретируют pense как физический акт мышления, сигналы в мозге. Этот перевод с равным основанием можно применить и к современному компьютеру. Но мне утверждение Декарта кажется наиболее убедительным, когда я трактую слово «мыслю» как относящееся к деятельности не мозга, а разума, духа, той штуки, которая видит, как выглядят цвета; слышит, как звучит музыка; испытывает эмпатию. Наука может описывать существование как абстракцию, и тогда реальность – всего лишь иллюзия, но Декарт знал, что на самом деле все не так. Хотя он писал это в XVII веке, вопрос актуален до сих пор; в физике он косвенно связан с голографическим принципом[254] – новой интерпретацией реальности, которую в наши дни предпочитают многие специалисты по теории струн.
У физикалистов имеются вполне практические резоны отрицать нефизическое знание. Допустив его существование, вы открываете шлюзы для спиритуализма, псевдонауки и религии. Вы теряете всякий контроль над ситуацией; кто угодно может утверждать что угодно, если это не противоречит наблюдениям. Возможно, математика нефизична и существует только в нашем сознании, но в ней, по крайней мере, есть строгая дисциплина, правила и процедуры, а также способы фальсификации (опровержения) неверных предположений. Однако любые разговоры о душе ведут к появлению «истин», от которых не требуется непротиворечивости, которые невозможно проверить и которые уже поэтому подозрительны. Они, скорее всего, напрасно тратят наше время, отвлекают и сбивают с пути истинного; возможно, они даже опасны.
В 1996 году велись достаточно бурные этические дебаты вокруг клонируемой овцы. Был использован полный геном отдельно взятой особи, чтобы произвести на свет другую овечку, Долли, так же идентичную физически овце-донору, как идентичны друг другу однояйцевые близнецы. Некоторые опасались, что богатые в будущем захотят клонировать самих себя.
И что? Чего здесь бояться? Многих беспокоило то, что они считали этическими последствиями. Как в случае с другими научными достижениями – от вакцинации до контроля над рождаемостью, авторов эксперимента обвинили в том, что они «берут на себя роль Бога». В частности, ставился вопрос, будут ли клонированные особи обладать душой. Если нет, не приведет ли это к их порабощению, как порабощены сегодня лошади, собаки, автомобили и компьютеры?
Многие считали, что необходимо обсудить все этические последствия клонирования, прежде чем разрешить ученым продолжать работу в этом направлении. Как долго, по-вашему, продолжалось бы такое обсуждение? Почему-то аналогия с однояйцевыми близнецами (а никто не оспаривает наличие у каждого из них отдельной души) почти не звучала. (Вообще-то концепция близнеца-злодея восходит еще к Заратустре[255].) Я здесь вспомнил о клонировании только потому, что оно тоже показывает, насколько широко распространено ощущение души. Многие атеисты признают концепцию души; они просто отрицают существование Бога, который поощряет и наказывает. Реальность души отрицают в первую очередь физикалисты.
Глава 23
Свобода воли
В головоломке не хватает еще одной важной детали. Она располагается на краешке квантово-физической части картины и, как вскоре выяснится, необходима нам, чтобы придать понятию «сейчас» его особый смысл…
Если главный закон Вселенной – это закон возрастания энтропии, то главным законом жизни служит, наоборот, возрастание структурированности и сопротивление энтропии.
Вацлав Гавел[256]
Есть ли у вас свобода воли?
Мне кажется, у меня есть, но не уверен до конца. По крайней мере, часть моей свободы воли может оказаться иллюзией. Первые сомнения возникли в 1980 году. За два года до этого у нас с женой, Розмари, родился первенец. Как назвать дочку? Решение об этом казалось нам тогда одним из самых важных в нашей жизни. Мы хотели выбрать для нее имя не слишком распространенное, но и не слишком редкое, обладающее для нас каким-то личным смыслом, но не слишком личное; в конце концов, это должно было быть ее имя, не наше. Мы читали книги, в которых перечислялись сотни разных имен и объяснялся их смысл, потом выбрасывали эти книги, думали о прозвищах, которые нам не нравились, но которые трудно контролировать… и внезапно обнаружили, что наш выбор – Элизабет Энн.
Я уверен, что отчасти на это повлияло наше уважение к могущественной и деятельной Елизавете I, королеве Англии. Розмари в свое время слушала курс шекспироведения у профессора Хью Ричмонда, я тоже прослушал все его лекции; и Ричмонд, и Шекспир оказали глубокое воздействие на нашу жизнь. А второе имя? Почему Энн? Просто нам показалось, что именно такое сочетание звучит лучше всего. И только через несколько десятилетий я обратил внимание на сходство звучания имени Elizabeth Ann и прилагательного Elizabethan (елизаветинская), обозначавшего ту великую эпоху, когда правила Елизавета I. Неудивительно, что имя звучало гармонично. Так почему же мы назвали дочь именно так: в честь королевы или в честь эпохи? Нам нравились все производные от этого имени. «Элизабет, Лиззи, Бетси и Бесс весною с корзинкой отправились в лес…»[257] Это был очень личный выбор.
По крайней мере, мы так считали. Двумя годами позже, в 1980-м, я прочел в каком-то журнале статью о популярных именах. В том самом 1978 году на севере Калифорнии самым популярным для девочки оказалось имя Элизабет.
Что такое свобода воли? Способность принять решение сделать что-либо, не подвергаясь влиянию извне? А зачем мне, собственно, стремиться делать что-то непременно без постороннего влияния? А если мои действия определяются внешними силами – людьми, которым довелось стать моими родителями; книгами, которые мне случилось прочесть; опытом, который пришлось пережить… – тогда разве это превращает меня в нечто подобное физической частице, пассивно толкаемой туда-сюда другими частицами и реагирующей на действие внешних сил, как планеты реагируют на притяжение своего солнца, обращаясь вокруг него по определенным орбитам? Неужели все представления о том, что я действую самостоятельно, – лишь иллюзия? И я просто щепка, попавшая в барабан сложной машины: меня кидает в разные стороны, а кажется, что это стремительное движение свидетельствует о моей важности?
Когда в конце XIX века классическая физика достигла своего зенита, многим казалось, что она очень скоро сможет объяснить все до конца. Оставалось, конечно, еще несколько проблем – вопросы, связанные с измерением абсолютной скорости движения Земли, и кое-какие аспекты теплового излучения абсолютно черных тел. Потом, правда, эти необъясненные вопросы оказались не такими уж мелкими; со временем они привели к открытию теории относительности и квантовой физики соответственно.
Классическая физика, даже если включить в нее теорию относительности, была целиком детерминистской. Во Вселенной правили бал законы причинности. Прошлое полностью определяло будущее. Это позволяло предположить, что даже поведение, в принципе, определяется предыдущими событиями. Дальнейшие исследования в области теории хаоса показали, что мы, возможно, никогда не сможем узнать прошлое достаточно хорошо, чтобы предсказывать будущее, но аргументов детерминизма это не изменило. Любое действие, включая и действия людей, предопределено; кальвинисты правы. Философам трудно не согласиться с достижениями физиков. Стремительное развитие физики придавало философии (или религии?) физикализма достоверность. Мало того, физикалистское отрицание свободы воли, возможно, дополнительно укрепило растущую убежденность общества, что преступники – жертвы воспитания, и наказывать их несправедливо. За все злодейства должно отвечать общество, а не отдельные люди. Этот странный вывод, кажется, приписывает свободу воли (справиться со злодействами) обществу, отказывая в ней преступникам.
Но сама основа, на которой было выстроено это философское здание, оказалась ложной. Все, что нам нужно для опровержения этого аргумента, – утверждение, будто физика доказывает иллюзорность свободной воли, – это показать, что физика не подчиняется причинности и будущее поведение частиц зависит не только от их прошлого опыта. Я продемонстрировал это в собственной лаборатории.
Когда-то давно в моей лаборатории…
Со времен Ньютона до Гейзенберга по умолчанию считалось, что знание начальных условий определяет будущее любой физической системы. Тем не менее сегодня мы знаем, что два объекта – совершенно идентичных во всех отношениях – могут вести себя по-разному. Два идентичных радиоактивных атома распадаются в разные моменты времени. Их будущее не определяется их прошлым или их состоянием, их квантово-физической волновой функцией. Тождественные условия не порождают одинакового будущего. Причинность влияет на среднее физическое поведение. Но не на конкретное.
Позвольте доказать это самым, как мне кажется, убедительным способом: с помощью моих экспериментов и измерений. В конце 1960-х годов, работая в области экспериментальной физики элементарных частиц, мы с коллегами каждый день пользовались беватроном Лаборатории им. Лоуренса в Беркли[258], чтобы сталкивать между собой протоны. Многие из этих столкновений порождали по две или более частиц, известных как пионы (сокращенное название пи-мезонов). И вот ключевой факт: я смог экспериментально определить, что все пионы, полученные в результате одного столкновения, идентичны, если обладают одинаковым электрическим зарядом. Я имею в виду, по-настоящему идентичны, до самых-самых квантовых глубин. Эти частицы обладают одинаковыми квантовыми волновыми функциями. Они тождественны в том же смысле, в каком исходные электроны на фейнмановских диаграммах идентичны рожденным электронам.
Как я мог определить, что частицы по-настоящему идентичны? От Фила Даубера (физика, который объяснил мне, что 95 %-ной уверенности в нарушении временной инверсии недостаточно) узнал, что волны таких частиц интерферируют между собой. В одних направлениях они усиливаются; в других – гасят друг друга. Такая интерференция наблюдается среди частиц, получающихся в результате столкновения (это часть их «взаимодействия в конечном состоянии», ВКС); в наших данных ее легко можно было увидеть. Частицы разной структуры (состава) не взаимодействуют. Пион не интерферирует с электроном. Электроны могут интерферировать, но только в том случае, если их скрытый внутренний параметр – спин – одинаково ориентирован. В общем, интерференция достоверно показывает, что частицы идентичны по всем, даже скрытым, параметрам внутренней структуры – на всю глубину квантовой физики.
На снимках из своей пузырьковой камеры я видел два идентичных пиона, но при этом они распадались в разное время. Мне и сейчас это представляется очень странным. Два одинаковых бруска динамита с аналогичными запальными шнурами, если поджечь их одновременно, так же одномоментно и взорвутся. Мои идентичные частицы поступили не так. Между двумя этими пионами должна была существовать какая-то разница. Они просто не могли иметь одинаковые волновые функции. И тем не менее интерференция показывала, что они полностью идентичны.
С большинством радиоактивных атомов вы не можете быть уверены в их полной идентичности, несмотря даже на то, что эксперименты ФридманаКлаузера и Алена Аспе[259] указывают на отсутствие скрытых параметров. В моих наблюдениях, где по-разному вели себя достоверно идентичные частицы, такое возражение можно было смело снимать. Разумеется, я проделал все это не первым, сам метод позаимствовал у Даубера. Все, что я сейчас стараюсь сделать, это привлечь ваше внимание к хорошо известному в физике элементарных частиц классу экспериментов и наблюдений, который имеет прямое отношение к нашему разговору о физикализме и о том, в какой степени прошлое определяет будущее.
Возможно, я не обладаю свободой воли, но те пионы явно ею обладали.
Нет, не хочу сказать, что они по-настоящему обладают свободой воли. Настолько очеловечивать пионы было бы несколько опрометчиво с моей стороны. Скорее, этот пример показывает: физикалистское утверждение о том, что мир полностью детерминирован, опровергается физическими наблюдениями. Идентичные частицы ведут себя по-разному. Следовательно, даже полное знание прошлого с точностью, достаточной для преодоления хаоса, не позволяет предсказать некоторые важные аспекты будущего (к примеру, те, что могут повлиять на продолжительность жизни шрёдингеровского кота). Наиболее мощный исторический аргумент против существования свободы воли, определивший успех классической физики, – утверждение, что физика детерминирована, – сам оказался иллюзией.
Классическая свобода воли
Что такое свобода воли? В конце XIX века, когда классическая физика была на своем пике, наука двигалась вперед гигантскими шагами, попутно объясняя все подряд. Эту цитату приписывают лорду Кельвину:
В физике нет ничего нового, подлежащего открытию. Остается лишь выполнять все более и более точные измерения… Будущие истины физической науки следует искать в шестом знаке после запятой.
Это заявление (неважно, говорил так Кельвин или нет) отразило чувства многих ученых того времени. Все: механика, гравитация, термодинамика, электричество и магнетизм – решительно все вставало, казалось, на свои места. Было похоже, что скоро даже биологическое поведение будет сведено к движению частиц и электрическим сигналам. Полагать, что свобода воли после этого уцелеет, мог только научный пессимист или даже вовсе отрицающий науку.
Философы тогда без конца анализировали свободу воли и приходили к самым разным выводам. Шопенгауэр в 1839 году представил работу «О свободе воли»[260] не в собрании философов, а в Королевском норвежском обществе наук. Он утверждал, что человек не обладает ничем, кроме иллюзии свободы воли:
Ты можешь делать то, что хочешь; но в каждое мгновенье твоей жизни ты можешь хотеть лишь чего-то определенного, и, безусловно, ничего иного, кроме этого одного.
Фридрих Ницше в книге «По ту сторону добра и зла»[261] (1886) назвал свободу воли «недомыслием», возникающим в результате непомерной человеческой гордыни; «совершеннейшей глупостью».
Иммануил Кант (17241804), известный в первую очередь философскими трудами, был также выдающимся ученым. Он первым понял, что приливы замедляют вращение Земли, и верно предположил, что Солнечная система образовалась из первичной газовой туманности. Кант прекрасно разбирался в ньютоновской физике и понимал, что она подводит нас к мысли о том, что даже сама жизнь может оказаться детерминированной. Тем не менее он, несмотря на все успехи физики того времени, заключил, что обладает свободой воли на том простом основании, что (как он утверждал) без свободы воли не было бы никакой разницы между моральным и аморальным поведением. А поскольку такая разница есть, свобода воли тоже должна иметь место.
Это довольно смелое и не слишком обоснованное рассуждение, скажет вам любой современный юрист, но мне кажется, заявление Канта допускает и более глубокую интерпретацию. Он чувствовал, что обладает нефизическим, истинным знанием об этике, морали и добродетели. Если исходить из его убежденности в этом знании, свобода воли действительно не может не существовать, ибо в отсутствие выбора все эти концепции не имеют подлинного смысла. Но потребовались бы серьезные подвижки в физике, особенно в представлении о ее квантовых аспектах, чтобы разглядеть реальное сходство между физикой и мыслями Канта о свободе воли[262].
Современный ученый-философ Фрэнсис Крик, один из первооткрывателей двойной спирали в структуре ДНК, не согласен с Кантом. Он предложил следующее:
«Вы», ваши радости и печали, ваши воспоминания и амбиции, ваше ощущение собственной личности и свободы воли – это на самом деле не более чем поведение большого скопления нервных клеток и связанных с ними молекул.
Крик называет это предположение своей «поразительной гипотезой», хотя, на мой взгляд, он просто повторяет мысли многочисленных философов, основывавших выводы либо на существовании всемогущего и всезнающего Бога, либо на замечательных успехах классической физики. Твердые мнения не всегда подкрепляются вескими доводами. Крик, к его чести, назвал это все же «гипотезой», а не выводом, который он сумел сделать на основании исключительно научных данных. Мало того, его вывод, как и вывод Шопенгауэра, нефальсифицируемый, а значит, его нельзя считать подлинно научным[263].
Повторюсь. Вывод, сделанный мной в той части главы, где речь шла о наблюдении пионов, состоит не в том, что пионы обладают свободой воли, – и даже не в том, что люди обладают свободой воли. Просто ключевое предположение философов, что прошлое полностью определяет будущее, не подтверждается современной физикой. Их аргументы, что свободы воли не существует, основаны на ложных предпосылках. Мы не можем сделать вывод, что свобода воли существует, но можем твердо сказать: ничто в науке не исключает ее существования.
Несмотря на то что современная физика допускает существование свободы воли, любое ее проявление не должно противоречить закону возрастания энтропии – закону, по которому более вероятные события происходят чаще, чем менее вероятные. Энтропия – абсолютный ограничитель. Может ли свобода воли преодолеть энтропийную тиранию?
Управление энтропией
Можно ли с помощью нефизического знания повлиять на будущее, изменить его в направлении менее вероятном, чем то, в котором оно развивалось бы само? Ответ на этот вопрос окажется важным, как только мы доберемся до физического источника понятия сейчас; он поможет определить, почему этот момент так важен.
Думаю, ответ очевиден: да. Даже если мы не в состоянии снизить энтропию Вселенной, тем не менее можем манипулировать ее ростом и направлять его так, как нам нужно. Мы в состоянии пользоваться свободой воли, выбирая из доступных вариантов будущего. Вправе решить, уда поставить чашку с чаем – на середину стола или на край. Мы должны определить, протыкать ли перегородку между емкостями с газом и вакуумом. После этого энтропия приведет все в наиболее вероятное состояние, но сначала мы обязаны выбрать начальные условия. Мы – дирижер, а энтропия – наш оркестр.
Деревяшка может сгнить – с увеличением энтропии – или мы можем зажечь спичку и использовать эту же деревяшку для обжига посуды, изготовив с ее помощью чайную чашку, или для толкания поршней в двигателе трактора, с помощью которого мы построим город. Энтропия тоже вырастет, но большую часть ее прироста мы сможем выбросить в пространство как ненужное тепловое излучение. Локальную энтропию – города, окружающей среды, цивилизации – нам вполне под силу снизить. Она уменьшается потому, что мы этого хотим. То, что я говорю, не ново; все это описал Эрвин Шрёдингер в книге «Что такое жизнь?».
Можно ли считать существование свободы воли фальсифицируемой гипотезой? Конечно, с людьми куда сложнее экспериментировать, чем с пионами, но мы, по крайней мере, способны посмотреть, возможен ли такой эксперимент в принципе и что мы подразумеваем под свободой воли. Я попытался это сделать:
Если люди всегда следуют законам вероятности, то свободы воли не существует. Если люди регулярно делают в высшей степени маловероятные вещи, которые невозможно предсказать на основании внешних влияний, то такое поведение и составляет свободу воли.
Это заявление принципиально противоречит заявлению Шопенгауэра, которое уже цитировалось: «Ты можешь делать то, что хочешь; но в каждое мгновенье твоей жизни ты можешь хотеть лишь чего-то определенного, и, безусловно, ничего иного, кроме этого одного». Утверждение Шопенгауэра основано на физикалистских представлениях, уместных в момент расцвета классической физики, но теперь уже не имеющих смысла. Шопенгауэр, представляя свою работу на форуме физиков, не предложил никакого метода для фальсификации (проверки) своей теории.
Я не могу привести никакого физикалистского доказательства того, что свобода воли реально существует. Утверждаю лишь, что нет никаких достоверных доказательств ее несуществования, и нефизическое знание вкупе с признанием того, что не все пути к увеличению энтропии доступны, предлагает альтернативу физикалистскому объяснению свободы воли как психологической иллюзии.
«Мы исходим из той самоочевидной истины…»
В период расцвета классической физики, от Ньютона до Эйнштейна, пока ученые, казалось, наглядно демонстрировали, как эта наука определяет будущее, в философии царила растерянность. Физика постепенно размывала веру во всесильного и активного Бога, и где же тогда было искать источник морали, если таковой вообще существовал? Существует мнение, что с отступлением Бога Просвещение в Европе было попыткой восстановить основания человеческой морали, прежде диктуемые Всевышним. Что лежит в основе этичного поведения? Как устанавливаются стандарты морали, честности и справедливости? И как насчет политического правления? Если правительство не установлено Богом (божественное право королей), откуда же оно черпает свою власть? Каковы надлежащие пределы этой власти?
В эпоху Просвещения грань между добром и злом определялась из псевдонаучных соображений. Всеобщим увлечением была физика. Она устанавливала стандарт использования разума для получения правдоподобных объяснений. Мораль выводилась из здравого смысла и оправдывалась ценностями, которые создавала. В XVIII веке Дэвид Юм[264] разработал эмпиризм – метод, как он говорил, «человеческого познания», способ примирить моральную ответственность с детерминированным миром. (На самом деле неважно, откуда исходит детерминизм – от физики или от Бога.) Этика теперь опиралась не на абстрактные правила, врученные человеку Богом, а на личный интерес и удовольствие, которое мы получаем, помогая другим. У Юма были глубокие озарения, которые мы и до сих пор считаем убедительными, он считается одним из основоположников в области когнитивистики.
Философию Просвещения и после Просвещения невозможно изложить в нескольких книгах, тем более в нескольких абзацах. Поэтому простите мне эту излишне краткую отсылку. Но думаю, в тот период в философии на первый план вышли попытки заменить религию концепциями и идеями, которые были бы столь же мощными, как явно бледнеющий Бог, и могли привести к неким принципам управления обществом. Философы сражались с логикой, разумом и физикой, пытаясь объяснить, почему моральное поведение по-прежнему имеет смысл и почему их новые идеи управления справедливы. Джон Локк[265] утверждал: разум ведет к признанию того, что человек с рождения обладает правами – теми самыми, которые позже красноречиво развил Томас Джефферсон[266]. Правда, мне кажется, Локк искусственно приписывал разуму такую роль.
Дело в том, что не разум заставляет нас говорить, будто права человека самоочевидны, а эмпатия. Жан-Жак Руссо писал о воображаемом примитивном человеческом обществе, притом фундаментально миролюбивом. Томас Гоббс[267] придумал неправдоподобную историю происхождения власти, объясняя ее как общественный договор между правителями и управляемыми. Иммануил Кант, философ и физик, пытался разработать рациональный подход к морали. Джереми (Иеремия) Бентам[268] объявил счастье мерой полезности.
Все эти мыслители рассуждали об идеальных формах, об утопиях. Они придумывали псевдонаучные уравнения – так, Джон Милль[269] объявил целью максимизацию наибольшего блага для наибольшего числа людей, и эта концепция предполагала способность рассчитать ценность цивилизованного поведения[270]. Философы Просвещения искали научное оправдание добродетели.
Теперь, когда я свел Просвещение к тривиальным рассуждениям, что получается?
По-моему, философы были на верном пути. Правда, они ошибочно считали, что их теории должны опираться на какую-то научную структуру, разум, логику и физику. В конечном счете мир не детерминирован; по крайней мере не детерминировано развитие цивилизации. Будущее зависит не только от приложенных в прошлом сил и имевшего место движения, не только от измеримых физических параметров, но и от восприятия нефизической реальности и человеческих действий, реализованных через свободу воли. Это та реальность, которую не получается квантифицировать (оценить количественно) и невозможно свести к разуму и логике.
Свобода воли и запутанность
Может ли свобода воли иметь в основе волновую функцию? Безусловно, это возможно. Чтобы это проиллюстрировать, позвольте немного отклониться в сторону, в философские/физические рассуждения. Я предложу подход, который нельзя считать полноценной физической теорией, поскольку он не поддается фальсификации, но который тем не менее интересно рассмотреть и обдумать.
Представьте, что в дополнение к физическому существует мир духовный. Это мир, в котором есть душа; это царство, в котором эмпатия может действовать и влиять на принимаемые решения. Представьте, что духовный мир каким-то образом связан с физическим. Действие в духовном мире может влиять на волновые функции в реальном. Точно так же и физический мир может передавать информацию и влиять на духовный.
В обычной запутанности двух частиц в физическом мире регистрация одной из них оказывает влияние на волновую функцию другой. Тем не менее эту связь невозможно зарегистрировать или измерить, имея физический доступ только к одной частице. Имея доступ к обеим частицам, вы можете заметить корреляцию между ними, но если видите только одну, ее поведение кажется совершенно произвольным.
Когда я пытаюсь понять собственную душу, эта картина обретает определенный смысл. Действительно, существует духовный мир, отдельный от реального. Волновые функции обоих миров запутаны между собой, но поскольку духовный мир недоступен для физического измерения, эту связь невозможно заметить. Дух способен влиять на физическое поведение – я могу налить чаю или разбить чашку; могу воевать или искать мира – посредством того, что мы называем свободой воли.
Мое рассуждение нельзя проверить экспериментально, но это не означает, что оно неверно. Как учит Гёдель, всегда существуют истины, которые невозможно проверить.
Эгоистичные гены
Эмпатия и сочувствие, чувство честности и справедливости, в принципе, могли развиться из инстинктов, выработанных в ходе дарвиновской эволюции. Это физикалистский взгляд, вера в то, что если что-то невозможно измерить, его на самом деле нет. Такой взгляд ведет к своего рода моральному релятивизму, внушающему тревогу некоторым людям. Мораль перестает быть абсолютной, как во времена глубоких религиозных убеждений, и превращается всего лишь в результат нашей культурной эволюции. Мы не должны кичиться своими моральными принципами, поскольку они носят временный характер и культурно зависимы, а в будущем, возможно, вообще решим, что наши стандарты сильно искажены. В конце концов, не так уж давно гомосексуалов сажали в тюрьму или даже убивали, а незадолго до этого рабство было широко распространено и воспринималось как норма.
Наши этические идеалы можно интерпретировать в дарвиновском смысле как способствующие выживанию, если не индивидуума, то, по крайней мере, гена. Докинз красноречиво изложил эту теорию в увлекательной книге The Selfish Gene[271]. Даже альтруизм, утверждает Докинз, основан на эволюции по Дарвину. Мы готовы жертвовать собой, если это будет означать, что гены, которые делят с нами дети и близкие родственники, клан или род, получат лучшие шансы на выживание. Готов признать, что эта теория чрезвычайно увлекательна, но верна ли она? Это определить намного труднее.
Эмпатия действительно обладает положительной ценностью для выживания гена, но она имеет также отрицательную ценность. Которая из них доминирует? Вы же не захотите, чтобы ваши солдаты испытывали слишком сильную эмпатию к врагам, которых они должны убивать, согласно вашим планам. Совершенно не очевидно, что эмпатия к чужакам могла появиться в результате работы эгоистичного гена. Докинз сказал бы, что доминирует положительная ценность для выживания, но следует ли это из анализа ситуации или просто устраивает его, поскольку соответствует его выводам? Физикалистам следовало быть осторожнее с заявлениями, что мораль возникла в результате эволюции. Это не очевидно и, возможно, не соответствует действительности. Такое предположение точно укладывается в представление о том, что наука может объяснить все, но мы уже знаем, что это не так. Загляните опять же в Приложение 6, где процитированы высказывания некоторых видных физиков-нефизикалистов.
Альтернативное «объяснение» происхождения морали состоит в том, что она исходит из вполне реальной, истинной, но неизмеримой нефизической информации. Сочувствие и эмпатия возникают из знания (веры? ощущения? догадки?), что другие люди тоже обладают глубокой внутренней сутью, душой, как вы сами (это вы точно знаете). Момент, когда вы признаете (поверите?), что другие люди ровно так же реальны, как и вы, можно считать моментом религиозного откровения. Источник любви – эмпатия, а не секс, хотя не исключено, что в выборе сексуальных партнеров на вас влияют эгоистичные гены. Что касается эмпатии, то вас подводят к ощущению (вере? знанию?), что правильный способ вести себя – обращаться с другими в точности так же, как вы хотели бы, чтобы они обращались с вами. Большинство добродетелей легко выводится из этого простого Золотого правила, сформулированного Конфуцием.
Ричард Докинз гордо объявляет себя атеистом – то есть нетеистом. Он утверждает, что его атеизм основан на логике, а рассуждения, в которых игнорируются результаты наблюдений, нелогичны. Его религия – физикализм.
Многие атеисты говорят, что не придерживаются никакой религии, и для некоторых это, возможно, на самом деле так. Но всякий, утверждающий: «Если это нельзя измерить, если невозможно определить количественно, то на самом деле этого не существует», – не обходится без религии. Такие люди часто (говорю на основе собственного опыта) считают, что их подход очевиден, и потому называют его основанным на логике. Они считают свои истины само собой разумеющимися. Стоит вспомнить, что до некоторого момента базовые догматы христианства тоже считались самоочевидными, по крайней мере среди большинства европейцев. Исаак Ньютон в своих религиозных трактатах описывал буквальную веру в Библию.
Что касается понимания реальности, пора признать, что физика неполна. Физикализм – могущественная религия, очень эффективно продвинувшая цивилизацию вперед за счет того громадного значения, которое она придала физике. Но это не значит, что можно использовать этот подход для исключения из наших представлений истин, которые невозможно оценить количественно. Существует реальность по ту сторону физики и математики, и специалистам по этике и моралистам не следует отказываться от каких-то подходов только потому, что они не имеют научной основы. Другим дисциплинам пора перестать преклоняться перед физикой и признать, что не все истины основаны на математических моделях.
Часть V
Сейчас
Глава 24
Четырехмерный большой взрыв
Когда Большой взрыв создает новое пространство, он создает также и новое время… и это новое время – ключ к «сейчас»
Хор юных дев из комической оперы «Пираты Пензанса»
- О, господи, можно сойти с ума, думая обо всем этом…
- Сара Коннор, фильм «Терминатор»
- Мгновенья коротки и быстро умирают,
- но все их весело и радостно встречают.
Эйнштейн внес поистине фундаментальные изменения в наши представления о времени. Фейнман счел нужным дополнить их обратным движением в потоке времени. С тех пор, как мне кажется, прогресс в наших представлениях о времени был практически нулевым.
При собирании пазла иногда бывает трудно отыскать недостающую деталь, но настоящие проблемы возникают, если какой-то элемент оказывается не на своем месте. Энтропийное объяснение стрелы времени долгое время служило именно такой неправильной деталькой в общей картине. Цивилизация строится на локальном снижении уровня энтропии, а не на его возрастании. Конечно, видео разбивающейся чашки – прекрасный пример возрастания энтропии и при проигрывании в обратном направлении выглядит совершенно неправдоподобно, но ведь видео изготовления той же чашки при обратной перемотке будет выглядеть ровно так же нелепо.
Энтропия Земли снижается по мере остывания ядра. Локальное снижение энтропии характерно для распространения жизни и цивилизации. Гипотеза о связи времени со снижением уровня энтропии обладает тем очевидным преимуществом, что в ней решающее значение имеют местные колебания энтропии, а не изменение ее уровня в какой-то отдаленной черной дыре. Мало того, в итоге снижение энтропии – существенная составляющая того, что мы называем жизнью: при этом из почвы и воздуха извлекаются разрозненные питательные вещества и превращаются сначала в пищу (посредством деятельности растений), потом в плоть (посредством питания и пищеварения), а затем в рост и знание. Когда в финале энтропия наших тел и правда начинает резко расти, мы называем это явление смертью.
Передний край времени
Мог ли сам Большой взрыв породить движение времени? Да, конечно, уверены многие теоретики, но при этом они считают необходимым включить в схему энтропийный механизм как связующее звено между расширением Вселенной и ходом времени. Большой взрыв создает Вселенную с низким уровнем энтропии и условиями для его увеличения. Но зачем вообще включать в модель энтропию, если ее присутствие позволяет ожидать результатов, которых мы не наблюдаем, таких как локальная корреляция между скоростью хода времени и энтропией? Давайте посмотрим на сам Большой взрыв и на то, как он может непосредственно породить ход времени и смысл понятия сейчас, без необходимости привлечения энтропийного «костыля».
В современной космологической картине, согласно подходу Леметра, галактики не движутся – или, по крайней мере, движутся незначительно; если забыть о небольшом «собственном движении» (таком, к примеру, как наше собственное локальное ускорение в направлении Андромеды), получится, что все они застыли в фиксированных координатах. Хаббловское расширение представляет собой не движение галактик, а создание нового пространства. В этом новообразовании нет ничего загадочного: в общей теории относительности пространство обладает гибкостью и растяжимостью. Оно запросто может расширяться, но при этом будущее такого расширения зависит от уравнения общей теории относительности – уравнения, согласно которому геометрия (метрика) пространства определяется соотношением в нем энергии и массы. В самой элегантной форме оно выглядит обманчиво простым: G = kT.
Что такое Большой взрыв? Взрывное расширение трехмерного пространства? Да – но более разумное, более близкое по духу к принципу унификации пространства и времени предположение, что Большой взрыв – это взрывное расширение четырехмерного пространства-времени. Точно так же, как пространство генерируется хаббловским расширением, создается и время. Непрерывная и бесконечная генерация нового времени определяет и направление стрелы времени, и ее скорость. Каждое мгновение Вселенная становится чуть больше, и времени в ней становится чуть больше; именно этот передний край времени мы и называем сейчас.
Течение времени запущено не энтропией Вселенной, а непосредственно Большим взрывом. Будущее еще не существует (хотя и включается в стандартные диаграммы пространства-времени); оно создается по ходу событий. Сейчас находится на границе, на фронте ударной волны нового времени, приходящего из ниоткуда, на переднем крае времени.
Одновременны ли все сейчас?
Совпадает ли ваше сейчас с моим? Для начала рассмотрим этот вопрос в обычной космологической системе координат, описанной Жоржем Леметром. Все галактики у него покоятся, а пространство между ними расширяется. Можно считать, что в каждой галактике имеются свои часы. Согласно космологическому принципу (встроенному в модель Леметра), все галактики везде выглядят одинаково; они все прожили одно и то же время с момента Большого взрыва, и все часы в них показывают одно и то же. Это означает, что все они переживают момент сейчас одновременно.
Но, как и в специальной теории относительности, концепция одновременности тоже может зависеть от системы отсчета. Возьмем, к примеру, СО с галактикой Млечный Путь в центре. Здесь все галактики движутся от нас прочь, и время в них растягивается; оно бежит медленнее, и моменты сейчас уже не синхронны. В этой системе отсчета с момента Большого взрыва для нас прошло больше времени, чем в других галактиках. Сейчас перестает быть одновременным по всей Вселенной. Наше сейчас наступает первым.
Как и в СТО, такое поведение одновременности не создает противоречия; это свойство общей теории относительности.
Восприятие сейчас
Почему вы чувствуете, что живете в настоящем? На самом деле вы есть и в прошлом тоже; вы это прекрасно знаете. Вы существуете обратно во времени до самого момента рождения (или зачатия, в зависимости от вашего определения жизни). Тот факт, что вы сосредоточены на настоящем, объясняется в первую очередь тем, что настоящее, в отличие от прошлого, подвержено воздействию вашей свободной воли. Согласно физике, как мы ее теперь понимаем, прошлое не определяет будущее полностью; квантовая физика вносит в развитие событий по крайней мере какой-то элемент случайности. Его присутствие означает, что физика неполна, будущее не определяется однозначно прошлым, а нефизические факторы могут сыграть роль в определении того, что должно произойти. И то, что физика неполна, оставляет открытой возможность повлиять на будущее посредством свободной воли.
Не могу доказать, что свобода воли существует, но когда физика включает в себя квантовую неопределенность, она уже не может отрицать возможное существование свободы воли. Если вы обладаете свободой воли, можете воспользоваться нефизическим знанием, чтобы открыть или закрыть возможные пути возрастания энтропии и таким образом повлиять на то, что происходит, и на то, что будет происходить. Вы можете разбить чашку или изготовить новую; ни вероятность, ни энтропия не имеют отношения к вашему решению. Процитируем Джона Драйдена[272]: «То, что прошло, прошло. Даже небо само не имеет над прошлым власти». Кстати – и это плохая новость для любителей научной фантастики, – вы тоже не имеете над ним власти. И никакая петля сквозь кротовую нору этого не изменит.
Физике с помощью повсеместного – и в исследованиях, и в обучении – использования диаграмм пространства-времени долгое время удавалось обходить вопрос о течении времени. Ось времени рассматривается (по большей части) как еще одна пространственная ось; ее особая черта – направленный ход времени – совершенно пропадает из поля зрения. Сейчас представляет собой всего лишь еще одну точку на этой оси, как будто будущее уже существует, просто еще не пережито. В такой системе путешествия во времени оказались бы изменением момента сейчас – сдвигания его вдоль оси времени назад и вперед. Но сейчас невозможно сдвинуть. Сейчас – передний край четырехмерного Большого взрыва. Сейчас – это момент времени, созданный только что. В подлинной диаграмме пространства-времени ось времени не уходит в бесконечность. На сейчас время останавливается.
Может ли будущее влиять на прошлое? Как насчет позитронов – электронов, движущихся назад во времени, приходящих из будущего, чтобы поучаствовать в нынешних взаимодействиях? Да, таков современный подход в физике, той самой, что упорно не замечает сейчас и базируется на бесконечной диаграмме пространства-времени. Означает ли этот современный подход, позволяющий успешно вычислять напряженность магнитного поля электрона с точностью более десяти знаков, что все сделанные в нем предположения верны? Многие физики считают, что да: по крайней мере, до тех пор, пока нет альтернативы.
Возможно, здесь работает своего рода принцип неопределенности. Будущее может повлиять на настоящее только в той мере, в какой некоторая часть этого будущего уже определена и потому неизбежна в настоящем. Хокинг высказывался в пользу этой позиции; он писал, что движение назад во времени возможно только на микроскопическом уровне. Вероятно, он не принял бы позитрон, сфотографированный Андерсоном, за частицу, движущуюся в прошлое.
Однако я готов утверждать, что отдаленного будущего пока не существует – в том смысле, в каком существуют настоящее и прошлое. Прошлое уже определено; что произошло, то произошло; будущего пока нет, потому что мы знаем, что оно непредсказуемо; по крайней мере, на основании нынешних законов физики, неспособных даже предугадать, когда распадется тот или иной радиоактивный атом. Религиозные детерминисты считали, что будущее зафиксировано посредством безупречности и предвидения их всезнающего Бога. Затем некоторое время мы думали, что детерминизм во Вселенной не требует такого Бога; мы считали, что физика справится и сама. Теперь знаем, что это не так.
Уравнение Дирака предсказывало существование антивещества, а Фейнман сумел избавиться от абсурда в интерпретации Дирака – от бесконечного моря заполненных отрицательных энергетических состояний; он понял, что решения, относящиеся к антивеществу, можно интерпретировать как частицы с отрицательной энергией, движущиеся назад во времени, – что придает им, по существу, положительную энергию. Все это история. Фейнман выяснил, что отрицательные энергетические состояния с обратным движением во времени неотличимы от положительных энергетических состояний с прямым движением во времени. Но не будем воспринимать эту интерпретацию слишком серьезно. Позитроны существуют; они обладают положительной энергией и движутся-таки вперед во времени.
Что было, то было. Если уравнения Дирака предсказали существование позитрона через серию витиеватых интерпретаций, прекрасно. Вот вам историческая аналогия. Нильс Бор предложил первую модель, корректно объяснившую спектр водорода; в 1913 году эта модель дала невероятно мощный толчок только зарождающейся области – квантовой физике. Сегодня мы знаем, что теория Бора была ошибочна; она делает определенные предсказания (к примеру, о моменте импульса [угловом моменте] электрона на самой низкоэнергетической орбите), которые не совпадают с наблюдаемыми значениями и, соответственно, фальсифицируют теорию. Неважно. Через 13 лет сразу двое – Гейзенберг и Шрёдингер – предложили теории получше, и вдохновил их на эту работу в значительной мере именно Бор; новые теории давали ровно тот же спектр водорода, но не делали при этом ошибочных предсказаний.
Мы до сих пор почитаем Бора как одного из основоположников квантовой физики. И по-прежнему преподаем модель Бора студентам; это простой и убедительный способ начать знакомство с исследованиями квантового поведения. (Мало кто из профессоров при этом указывает, что теория Бора дает неверные предсказания; не хочется, чтобы студенты знали – интуитивно понятная и простая модель ошибочна; по крайней мере, пока уровень их физического образования не продвинется хотя бы немного.) Когда-нибудь мы станем так же относиться к Дираку, Фейнману и их притянутым за уши теориям антивещества.
Фальсификация космологического происхождения времени. Часть I
Можно ли назвать фальсифицируемой космологическую теорию происхождения времени – включая создание нового времени Большим взрывом, течение времени и смысл понятия сейчас? В одном из возможных способов проверить это используется открытие о том, что расширение Вселенной ускоряется и она увеличивается в размерах со все большей скоростью. Время связано с пространством, это четвертое измерение в системе пространства-времени, поэтому естественно ожидать, что скорость хода времени тоже увеличивается. Это означает, что часы сегодня идут быстрее, чем вчера, и они демонстрируют космологическое ускорение времени. Можно ли как-нибудь зарегистрировать и измерить это?
В принципе, да: изменчивость скорости хода вселенского времени можно заметить, если посмотреть на какие-нибудь далекие часы.
Вспомните, что небольшую разницу в скорости хода часов удалось зарегистрировать в эксперименте Паунда и Ребки с вертикальным гамма-лучом, когда впервые наблюдалось замедление времени в результате действия гравитации. Подобное замедление времени было отмечено также в авиационном эксперименте ХафелеКитинга, зафиксировавшем, что часы на большой высоте идут быстрее, чем на поверхности Земли, – и медленнее из-за эффекта скорости. Разница эта ежедневно видна в работе системы GPS, куда для компенсации этого временного эффекта приходится вводить поправки. Влияние силы тяготения на время заметно и при измерении спектральных линий на поверхности белых карликов; они демонстрируют сдвиг частоты из-за растяжения времени, потому что сильные гравитационные поля замедляют время на их поверхности.
В принципе, любой из этих экспериментов мог обнаружить также и ускорение времени. Сигналы испускаются в один момент времени, проходят сквозь пространство и принимаются позже. Большая часть наблюдаемых эффектов при этом будет обусловлена гравитационным потенциалом и допплеровским сдвигом, но некоторое превышение дает и космологическое ускорение времени. Эффект не должен зависеть от направления: всегда будет красное смещение (то есть уменьшение частоты); это значит, что наблюдаемая скорость хода из прошлого должна всегда быть меньше скорости хода настоящих часов. Эксперимент Паунда и Ребки показал увеличение частоты для гамма-лучей, идущих вертикально вниз, и показал бы (предположительно) космологическое ускорение времени для гамма-лучей, идущих вертикально вверх; космологическое ускорение времени снизило бы частоту тех и других лучей.
Мы могли бы также поискать аномальное красное смещение у далеких галактик. Галактики, для которых ускорение измерено наиболее точно, испустили свой свет около 8 миллиардов лет назад. Согласно наблюдениям, их скорость отличается от скорости хаббловского расширения примерно на 4 %. Эти галактики отстоят от нас на 8 миллиардов световых лет и удаляются от нас (расстояние увеличивается) со скоростью, равной 40 % скорости света. Часть этой скорости, обусловленная ускорением времени, составляет примерно 2 % скорости света.
Конечно, все далекие галактики и без того демонстрируют красное смещение, но мы приписываем его расширению пространства; тому, что расстояние до них стремительно увеличивается. Это закон Хаббла. Как же отличить красное смещение, обусловленное расширением, от красного смещения, обусловленного космологическим замедлением времени? Один из способов сделать это – отдельно измерить меняющееся расстояние, причем так, чтобы измерение не зависело от обусловленного скоростью красного смещения. Если бы мы знали скорость изменения расстояния, то понимали бы, какая доля красного смещения обусловлена расширением и какая его часть вызвана космологическим замедлением времени.
Прежде чем искать способ это проделать (то есть такой, посредством которого подобное измерение можно было бы завершить при нашей жизни), давайте рассмотрим, можно ли провести такой эксперимент в принципе – если бы у нас были неограниченные ресурсы и терпение. Предположим, мы имели бы на исследование миллиард лет. Не могли бы мы просто посмотреть, с какой скоростью удаляется от нас та или иная галактика, не опираясь на обусловленное скоростью красное смещение? Мы могли бы попытаться найти в галактике «стандартную линейку» – например, размер звезды известного типа – и понаблюдать, как видимая величина этой линейки изменяется со временем, получив таким образом независимую оценку скорости ее удаления. Или мы, может быть, выявили какой-то свет (микроволновое излучение?), который отражается от этой галактики. Цель – отделить красное смещение, обусловленное скоростью расширения, от красного смещения, которое зависит также от собственного замедления времени.
Здесь есть ловушка. Современные представления о расстоянии прочно связаны с измерением времени. Сейчас мы определяем длину метра как расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды. Такое определение означает, что свет или любая по-настоящему лишенная массы частица движется сквозь пустое пространство со скоростью ровно 299 792 458 м/с. Никакое экспериментальное измерение ни при каких обстоятельствах не сможет определить скорость света более точно! Причина определения единицы длины таким образом кроется не в нашей лени; оказывается, очень трудно предложить хорошее определение метра, и ничего лучше просто не удалось найти. Это определение пришло на смену старому методу, когда стандарт длины зависел от эталонного метрового стержня, который держали в специальном хранилище Парижа. Но если в той отдаленной галактике, о которой идет речь, часы идут медленнее (по сравнению с нашими часами), то и эталон – стандартный метровый стержень на одной из планет этой галактики – окажется длиннее, поскольку свет за каждую секунду там успевает пройти большее расстояние. Это означает, что мера длины, определенная по эталонному стержню, будет иной. Получается, что космологическое замедление времени можно спутать с изменением скорости расширения Вселенной.
Вообще говоря, при взгляде на уравнения модели Леметра возникает впечатление, что эта проблема нерешаемая; по крайней мере, в той степени, в которой точен космологический принцип (идеално однородная Вселенная). Может оказаться, что не существует способа отличить расширение пространства от расширения времени. Разумеется, Вселенная не полностью однородна; космологический принцип – всего лишь приближение, позволяющее проводить вычисления и находить решения в рамках простого (для физиков) математического выражения. Может быть, нам удастся воспользоваться неоднородностью пространства, чтобы выявить ускорение времени. Вероятно, это ускорение можно выявить локально; в ходе эксперимента Паунду и Ребке (с гамма-лучами, направленными вертикально вниз с башни) удалось зарегистрировать сдвиг (девиацию) частоты на всего лишь одну миллионно-миллиардную долю (1015). У меня пока нет никаких практических предложений на этот счет. Немного утешает лишь то, что Дирак, предлагая свой позитрон, тоже считал, что не существует способа обнаружить такую частицу в обозримом будущем.
Фальсификация космологического происхождения времени. Часть II
Еще один возможный способ фальсифицировать (проверить) космологическое происхождение времени зависит от верности инфляционной теории, то есть идеи о том, что в первую миллионную долю секунды Вселенная расширялась со скоростью, многократно превосходящей скорость света. Период такого ускорения предшествовал нынешнему периоду ускорения, и если четырехмерная концепция пространства-времени верна, то расширяться, по идее, должно было не только пространство, но и время. Имеем ли мы возможность наблюдать первую миллионную долю секунды Большого взрыва?
Как ни поразительно, ответ – «может быть». Сейчас о самом раннем доступном для нас периоде после Большого взрыва позволяет судить такое средство зондирования, как микроволновое (реликтовое) излучение; картина его распределения во Вселенной соответствует времени примерно через полмиллиона лет после начала. Но некий потенциальный сигнал возник раньше, в первую миллионную долю секунды: это гравитационное излучение. Есть надежда, что очень скоро мы научимся регистрировать первичные гравитационные волны[273] и они позволят взглянуть на картину, значительно более близкую к моменту творения, возможно, даже в пределах периода, который необходим для наблюдения инфляции. Чтобы увидеть гравитационные волны, нужно посмотреть на обусловленную ими картину микроволнового космического излучения; в первую очередь на его поляризацию.
Некоторое время кое-кто из физиков считал, что нам удалось наблюдать именно это. Первый отчет об открытии таких гравитационных волн был сделан в марте 2014 года проектом под названием BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2)[274]. Этот проект измеряет микроволновое излучение со станции, расположенной на южном полюсе, где экстремальные холода вымораживают из атмосферы водяные пары, мешающие наземным измерениям. К несчастью, результат оказался ложной тревогой; скорее всего, прибор наблюдал помехи от излучения, создаваемого космической пылью.
Сейчас планируются новые, более высокоточные измерения, и есть вполне реальная надежда, что скоро мы действительно увидим гравитационные волны из очень молодой Вселенной, буквально из периода инфляции. И не исключено, что удастся отличить чисто пространственное расширение от расширения, в которое вовлечены и пространство, и время.
Будущее физики
Иногда мне хочется, чтобы Платон оказался прав и все эти вопросы можно было решить в ученых беседах и чистых размышлениях, а абсолютным арбитром истины стал разум. Но история физики говорит, что Платон ошибался. Нам необходимо сохранять контакт с реальным физическим миром, как Антею нужно было касаться земли.
Квантовая запутанность уже с нами и никуда не денется. «Жуткое дальнодействие» уже не пустые рассуждения, а экспериментальный результат, продемонстрированный Фридманом и Клаузером, а также многочисленными последующими экспериментами. Несмотря на то что мы не можем передавать вещество или информацию быстрее скорости света, мгновенный коллапс волновой функции – неудобная проблема, наводящая на мысль, что какой-то другой подход мог бы выявить новые, неожиданные аспекты. Я лелею надежду, что кто-нибудь сумеет переформулировать квантовую физику так, чтобы исчезла нужда в амплитудах вероятности. Когда я учился в Беркли, теоретик Джеффри Чу попытался сделать это с помощью подхода, который он называл «теорией s-матриц». В некоторых важных отношениях его работа привела к созданию современной стандартной модели; цель не была достигнута, и устранить квантовые амплитуды и волновые функции не удалось. Тем временем дальнейшие работы по поиску совершенно новых подходов были отложены в долгий ящик из-за необычайного успеха стандартной модели элементарных частиц. Стандартная модель – лучшая за всю историю физики теория, если говорить о ее способности делать точные предсказания, которые затем подтверждаются экспериментально[275].
Так зачем же что-то менять в теории квантовой физики, если она так замечательно работает? Несмотря на успех стандартной модели, думаю, эта теория еще будет переформулирована. Когда это произойдет, амплитуды перестанут коллапсировать со сверхсветовой скоростью, а позитроны (осмелюсь предположить) не будут больше считаться ни дырками в бесконечном море частиц с отрицательной энергией, ни электронами, движущимися назад во времени. Это был просто удобный способ рассматривать их в контексте пространственно-временных диаграмм, где течение времени полностью отсутствует.
Еще одним огромным шагом в развитии квантовой физики, к тому же отчаянно необходимым, должна стать концепция измерения. Мало кто из физиков на самом деле верит, что для измерения действительно необходимо человеческое сознание. Шрёдингер привел убедительный пример с котом. Но что же такое измерение? Роджер Пенроуз утверждает, что существует некий микромеханизм, часть природы, которая проводит множество измерений. Квантовое состояние, приведшее к возникновению в процессе Большого взрыва структуры, которую мы наблюдаем, не должно было ждать, пока Пензиас и Уилсон откроют реликтовое микроволновое излучение, а Млечный Путь не застыл неподвижно во Вселенной до того момента, когда моя группа вычислила скорость его движения. (Кстати, в какой момент он должен был двинуться – когда аппарат измерил анизотропию или когда я взглянул на данные?) Луна была на небе и до того, как Эйнштейн посмотрел на нее. Какой-то естественный механизм уже заставил волновую функцию – суперпозицию бесконечного числа возможных вселенных – коллапсировать задолго до появления человека (или живого мира).
Развитие техники сделало экспериментальные исследования в области теории измерений намного более реальными. Давно уже для создания запутанных фотонов не нужны пучки атомов кальция; их можно получать, освещая лазерным лучом специальный кристалл, к примеру BBO (бета-борат бария, -BaB2O4) или KTP (титанил-фосфат калия, KTiOPO4). В результате эксперименты по исследованию квантовых измерений движутся вперед семимильными шагами.
Один из наиболее интересных результатов получен при изучении «отложенного выбора», когда сначала собираются измерения по всем состояниям поляризации и только потом полученные данные анализируются. В подобных экспериментах проверяется, действительно ли измерение неразрывно связано с присутствием человека и его решением, и результаты указывают, что это не так. Хорошо, в этом нет ничего удивительного, но для настоящего прорыва необходимо найти что-нибудь неожиданное, какой-то сюрприз, каким стал для физиков в свое время эксперимент МайкельсонаМорли.
Новые лазерные методы дали возможность тестировать запутанность на гораздо больших расстояниях, чем те, с которыми пытались работать Фридман и Клаузер. На первой полосе New York Times от 22 октября 2015 года был заголовок: «Прости, Эйнштейн, но “жуткое дальнодействие”, кажется, реально». Группа исследователей из Делфтского технического университета в Нидерландахпроверила сверхсветовые эффекты, связанные с запутанностью двух электронов на двух разных концах университетского кампуса, то есть на расстоянии, превышающем километр. И вновь копенгагенская интерпретация с ее сверхсветовым действием могла праздновать победу.
Наблюдение гравитационной волны в 2015 году аппаратом LIGO позволяет предложить третье испытание теории сейчас – теории возникновения времени. Когда две черные дыры сливаются воедино и коллапсируют, вокруг них локально должно генерироваться новое время, что можно заметить по возрастанию задержки между предсказанным и наблюдаемым сигналом. Единственная волна, которую пока удалось зарегистрировать, слишком неопределенна для проверки этого предсказания, но если бы нам удалось пронаблюдать множество подобных событий – или более близкое событие с более мощным сигналом, то присутствие или отсутствие этой задержки могло подтвердить или опровергнуть теорию сейчас.
Глава 25
Смысл понятия сейчас
Все детали пазла на месте. Как выглядит картина целиком?
Джон Драйден (1685)
- И небеса ведь над былым не властны;
- Что было, то прошло, я прожил день прекрасно[276].
Эйнштейн сделал первый серьезный шаг в поисках смысла понятия сейчас, когда понял, что пространство и время пластичны. Леметр применил уравнения Эйнштейна к Вселенной в целом и разработал замечательную модель, в которой пространство расширяется. Несколько лет спустя, когда Хаббл это подтвердил экспериментально, модель Леметра – независимо от него разработанная Фейнманом, Робертсоном и Уокером – стала общепринятой: именно так в настоящее время все космологи интерпретируют Большой взрыв.
Головоломка начала складываться, но дело тормозили несколько ошибок – деталей, насильно втиснутых на чужие места. Одну из таких ошибок сделал Эддингтон, когда отнес стрелу времени на счет возрастания энтропии. В 1928 году, предлагая свою гипотезу, он не знал, что главными вместилищами энтропии служат неизменное микроволновое (реликтовое) излучение и поверхности черных дыр на далеком краю наблюдаемой Вселенной. Как указал Шрёдингер, цивилизация невозможна без локального снижения энтропии, но такое локальное снижение, при подходе Эддингтона, не играет никакой роли в энтропийной стреле времени.
Еще одной ошибочно вставленной на место деталью пазла оказалась неверная интерпретация пространственно-временной диаграммы. Она не показывает ни течения времени, ни момента сейчас и представляет собой удобный повод уйти от этих вопросов. Некоторые теоретики даже интерпретируют отсутствие на диаграмме этих параметров как указание, что такие концепции в принципе не имеют смысла, это просто иллюзии, не играющие в реальной жизни никакой роли. Ошибка такого представления – то, что вычислительный инструмент интерпретируется в нем как глубокая истина. Вообще, это фундаментальная ошибка физикализма: если что-то невозможно измерить количественно, значит на самом деле этого нет. Мало того, все основано на крайнем фундаменталистском варианте физикализма: если этого нет в наших нынешних теориях, значит этого не существует.
Третья ошибка связана еще с одним аспектом физикализма: предположением Эйнштейна и других ученых, что прошлое может и должно полностью определять будущее. Движущей идеей здесь был принцип детерминизма, согласно которому физика должна быть полной. Если квантовая физика не позволяет предсказать точное время радиоактивного распада, то это вопрос квантовой физики: проблема, которую необходимо устранить. Как правило, это предположение отрицает свободу воли, способность человека самостоятельно делать выбор.
Стоит вынуть из картинки неверно вставленные детали – а некоторые из них вообще не имеют отношения к этому сюжету, – и остальное встанет на место естественным образом. Расширяется как пространство, так и время. Элементы времени, в которых квантовая физика уже отработала посредством загадочного процесса измерения, сути которого мы пока не понимаем, – это то, что мы называем прошлым. Мы живем в прошлом ровно настолько же, насколько и в настоящем, но уже случившееся не можем изменять. Сейчас – это тот особый момент времени, который только что возник в процессе расширения четырехмерной (пространство-время) Вселенной как часть продолжающегося до сих пор четырехмерного Большого взрыва. Под течением времени мы подразумеваем непрерывное добавление новых мгновений – тех, которые и создают у нас впечатление, что время движется вперед в непрерывном творении новых сейчас.
Сейчас – единственный момент, когда мы можем оказать какое-то воздействие, направить рост энтропии прочь от себя и таким образом организовать локальное снижение уровня энтропии. Это и станет источником экспансии жизни и цивилизации. Чтобы направить энтропию таким образом, мы должны обладать свободой воли – способностью, которую физикалисты называют иллюзорной, хотя аналогичное поведение встроено в самую суть современной теории квантовой физики.
Существование свободы воли можно было бы фальсифицировать (опровергнуть), если бы нам удалось обнаружить сверхсветовые тахионы – те самые частицы, которые в некоторых системах отсчета будут создавать ситуацию, когда следствие предшествует причине, его породившей. Возможно, изучая запутанность как функцию направления (параллельно или перпендикулярно направлению собственного движения Млечного Пути), мы обнаружим, что для причинности существует особая, выделенная система отсчета. Первый кандидат на эту роль – система Леметра, единственная СО, в которой все сейчас по всей Вселенной создается одновременно. Если что-то подобное подтвердится, придется модифицировать теорию относительности.
Можно представить, что когда-нибудь удастся доказать: принцип неопределенности ошибочен, неопределенность присутствует только в нынешней физической теории, а в более полной версии, которая придет ей на смену, никакой неопределенности уже не будет. Но эксперимент ФридманаКлаузера, наглядно продемонстрировавший реальность запутанности как явления, подсказывает, что «жуткое дальнодействие» никуда не денется. Дело не в том, что неполна какая-то конкретная физическая теория; неполна сама физика. Это очевидным образом следует из того факта, что физика сама по себе не смогла бы выяснить, и тем более доказать, что число 2 иррационально. Это очевидно также из того, что ясные и четкие, легкие для понимания концепции, составляющие основу нашего восприятия реальности (к примеру, как выглядит синий цвет?), не входят в компетенцию физики.
Попытки приписать всякое альтруистическое поведение инстинкту выживания – неважно, идет речь о выживании наиболее приспособленных организмов или наиболее приспособленных генов – следует считать гипотезами, спекулятивными попытками дать псевдонаучное обоснование морали, основанное на физикалистской догме, что все можно объяснить с помощью науки. Это недоказанное допущение, основанное на единичных разрозненных свидетельствах; по классу оно в подметки не годится ни дарвиновской эволюции (за которой стоит громадный массив данных), ни выводам на основе убедительных научных постулатов, таких как теория относительности или квантовая теория. Физикализм может быть весьма полезен в качестве рабочего принципа профессии физика, точно так же, как вера в капитализм может помочь в управлении экономикой. Но не стоит заблуждаться и считать, что, поскольку физикализм и капитализм успешно повышают уровень жизни и помогают, скажем, выигрывать войны, они, соответственно, представляют истину целиком, во всей ее полноте.
Отказ от физикализма заставляет внимательнее приглядываться к источнику эмпатии и размышлять над ним. Любим ли мы своих детей и внуков только потому, что они несут в себе те же гены, что и мы, или это нечто более глубокое, связанное не только с признанием, но и с ощущением реальности душ близких людй? Идеи этики, морали, добродетели, справедливости и сопереживания, разница между добром и злом – все это может быть привязано к фундаментальному восприятию эмпатии – явлению, лежащему по ту сторону гена и физики.