Файл: Дойч. Структура Реальности.doc

www.koob.ru

Дэвид Дойч. Структура Реальности. Оглавление

David Deutsch

The Fabric of Reality

Allen lane the penguin press

Перевод с английского Н.А. Зубченко

под общей редакцией академика РАН В.А.Садовничего

РХД - Москва-Ижевск 2001

Посвящается памяти Карла Поппера, Хью Эверетта и Алана Тьюринга, а также Ричарду Доукинсу. В этой книге их идеи восприняты всерьез.

Предисловие редакции.

Предлагаемая Вашему вниманию книга известного специалиста по квантовым компьютерам и квантовым вычислениям Дэвида Дой­ча своим выходом во многом обязана поддержке ректора Московско­го Государственного университета академика РАН В. А. Садовничего. В этой книге автор не только систематически рассматривает физи­ческие принципы нового описания реальности, но и предлагает свои любопытные философские рассуждения. Более подробно с различными аспектами квантовых компьютеров и квантовых вычислений читатель может ознакомиться на страницах журнала «Квантовые компьютеры и квантовые вычисления», который выпускается научно-издательским центром «Регулярная и хаотическая динамика».

Благодарности.

Развитию идей, описанных в данной книге, в значительной степени способствовали беседы с Брайсом ДеВиттом, Артуром Экертом, Майк­лом Локвудом, Энрико Родриго, Деннисом Скиамой, Фрэнком Типле-ром, Джоном Уилером и Колей Вольфом.

Я выражаю благодарность своим друзьям и коллегам Рут Чанг, Артуру Экерту, Дэвиду Джонсон-Дэвису, Майклу Локвуду, Энрико Род­риго и Коле Вульфу, своей маме Тикве Дойч и своим издателям Кэро-лайн Найт и Рави Мирчандани (издательство PenguinBooks) и Джону Вудрафу, и особенно Саре Лоренс за внимательное и критичное чтение первых черновиков этой книги, а также за внесение множества исправ­лений и улучшений. Также я признателен всем, кто читал и комменти­ровал части рукописи, включая Харви Брауна, Стива Грэхема, Роселлу Лупачини, Свена Олафа Нюберга, Оливера и Гарриет Стримпел и осо­бенно Ричарда Доукинса и Фрэнка Типлера.

Предисловие.

Если и существует единая мотивация мировоззрения, изложенного в этой книге, она заключена в том, что сейчас мы обладаем нескольки­ми чрезвычайно глубокими теориями о структуре реальности, главным образом благодаря ряду экстраординарных научных открытий. Если мы хотим понять мир не поверхностно, а более глубоко, нам помогут эти теории и разум, а не наши предрассудки, приобретенные мнения и даже не здравый смысл. Наши лучшие теории не только более истин­ны, чем здравый смысл, в них гораздо больше смысла, чем в здравом смысле. Мы должны воспринимать их серьезно: не просто как практи­ческую основу относящихся к ним областей, а как объяснения мира. Я полагаю, что мы сможем достигнуть величайшего понимания, ес­ли будем рассматривать их не по отдельности, а совместно, поскольку между ними существует сложная связь.

Может показаться странным, почему это предложение попытать­ся сформировать рациональное и понятное мировоззрение на основе наших лучших основных теорий должно быть новым или противоречи­вым. Тем не менее, на практике оно таковым и является. Одна из при­чин заключается в том, что каждая из этих теорий, когда ее восприни­мают серьезно, дает результаты, противоречащие тому, что подсказы­вает нам интуиция. Поэтому предпринимаются всевозможные попытки избежать столкновения с этими результатами: теории специальноиз­меняют или объясняют иначе; произвольно сужают область их приме­нения или просто используют их на практике, не делая общих выводов. Я буду критиковать некоторые подобные попытки (ни одна из которых, по-моему, и гроша ломаного не стоит), но только в том случае, когда такая критика будет целесообразна для объяснения самих теорий. Глав­ная цель этой книги —не защищать эти теории, а исследовать, какой была бы структура реальности, если бы эти теории оказались истин­ными.

Глава 1. Теория Всего.

Помню, когда я был еще ребенком, мне говорили, что в древние времена очень образованный человек мог знать все, что было известно. Кроме того, мне говорили, что в наше время известно так много, что ни один человек не в состоянии изучить больше крошечной частички этого знания даже за всю свою жизнь. Последнее удивляло и разочаровывало меня. Я просто отказывался в это поверить. Вместе с тем, я не знал, как оправдать свое неверие. Но такое положение вещей меня определенно не устраивало, и я завидовал древним ученым.

Не то чтобы я хотел заучить все факты, перечисленные в миро­вых энциклопедиях: напротив, я ненавидел зубрежку. Не таким спо­собом я надеялся получить возможность узнать все, что только было известно. Даже если бы мне сказали, что ежедневно появляется столько публикаций, сколько человек не сможет прочитать и за целую жизнь, или, что науке известно 600000 видов жуков, это не разочаровало бы меня. Я не горел желанием проследить за полетом каждого воробья. Более того, я никогда не считал, что древний ученый, который, как предполагалось, знал все, что было известно, стал бы занимать себя чем-то подобным. Я иначе представлял себе то, что следует считать известным. Под «известным» я подразумевал понятым.

Сама мысль о том, что один человек в состоянии понять все, что понято, может показаться фантастической, однако фантастики в ней куда меньше, чем в мысли о том, что один человек сможет запомнить все известные факты. К примеру, никто не сможет запомнить все из­вестные результаты научных наблюдений даже в такой узкой области, как изучение движения планет, но многие астрономы понимаютэто движение настолько полно, насколько оно понято. Это становится воз­можным, потому что понимание зависит не от знания множества фак­тов как таковых, а от построения правильных концепций, объяснений и теорий. Одна сравнительно простая и понятная теория может охватить бесконечно много неудобоваримых фактов. Лучшей теорией планетар­ного движения являетсяобщая теория относительностиЭйнштейна, которая в самом начале двадцатого века вытеснила теории гравитации и движения Ньютона. Теория Эйнштейна точно предсказывает не толь­ко принцип движения планет, но и любое другое влияние гравитации, причем точность этого предсказания соответствует нашим самым точ­ным измерениям. Дело в том, что, когда теория предсказывает что-ли­бо «в принципе», это означает, что предсказание логически истекает из теории, даже если на практике для получения некоторых таких пред­сказаний необходимо произвести больше вычислений, чем мы способны осуществить технологически или физически в той вселенной, которую мы себе представляем.

Способность предсказывать или описывать что-либо, даже доста­точно точно, совсем не равноценна пониманию этого. В физике предска­зания и описания часто выражаются в виде математических формул. Допустим, что я запомнил формулу, из которой при наличии времени и желания мог бы вычислить любое положение планет, которое когда-ли­бо было записано в архивах астрономов. Что же я в этом случае выиграл бы по сравнению с непосредственным заучиванием архивов? Форму­лу проще запомнить, ну а дальше: посмотреть число в архивах может быть даже удобнее, чем вычислить его из формулы. Истинное преиму­щество формулы в том, что ее можно использовать в бесконечном мно­жестве случаев помимо архивных данных, например, для предсказания результатов будущих наблюдений. С помощью формулы можно также получить более точное историческое положение планет, потому что ар­хивные данные содержат ошибки наблюдений. Однако даже несмотря на то, что формула суммирует бесконечно большее количество фактов по сравнению с архивами, знать ее — не значит понимать движение планет. Факты невозможно понять, попросту собрав их в формулу, так же как нельзя понять их, просто записав или запомнив. Факты можно понять только после объяснения. К счастью, наши лучшие теории наря­ду с точными предсказаниями содержат глубокие объяснения. Напри­мер, общая теория относительности объясняет гравитацию на основе новой четырехмерной геометрии искривленного пространства и време­ни. Она точно объясняет, каким образом эта геометрия воздействует на материю и подвергается воздействию материи. В этом объяснении и заключается полное содержание теории; а предсказания относительно движения планет — это всего лишь некоторые умозаключения, которые мы можем сделать из объяснения.

Общая теория относительности так важна не потому, что она мо­жет чуть более точно предсказать движение планет, чем теория Ньютона, а потому, что она открывает и объясняет такие аспекты действи­тельности, как искривление пространства и времени, о которых ранее не подозревали. Это типично для научного объяснения. Научные тео­рии объясняют объекты и явления в нашей жизни на основе скрытой действительности, которую мы непосредственно не ощущаем. Тем не менее, способность теории объяснить то, что мы ощущаем, — не самое ценное ее качество. Самое ценное ее качество заключается в том, что она объясняет саму структуру реальности. Как мы увидим, одно из самых ценных, значимых и полезных качеств человеческой мысли — ее способность открывать и объяснять структуру реальности.

Однако некоторые философы, и даже ученые, недооценивают роль объяснения в науке. Для них основная цель научной теории заключа­ется не в объяснении чего-либо, а в предсказании результатов экспе­риментов: все содержание теории заключено в формуле предсказания. Они считают, что теория может дать своим предсказаниям любое не противоречащее ей объяснение, а может и вовсе не давать такового до тех пор, пока ее предсказания верны. Такой взгляд называется инстру­ментализмом(поскольку в этом случае теория — всего лишь «инстру­мент» для предсказания). Саму мысль о том, что наука может помочь нам понять скрытую реальность, объясняющую наши наблюдения, ин­струменталисты считают ложной и тщеславной. Они не понимают, ка­ким образом то, о чем говорит научная теория помимо предсказания результатов экспериментов, может быть чем-то большим, чем пустые слова. Объяснения, в частности, они считают простой психологической опорой: чем-то вроде художественных вкраплений, которые мы вклю­чаем в теории, чтобы сделать их более занимательными и легко запо­минающимися. Лауреат Нобелевской премии, физик Стивен Вайнберг, явно говорил с позиций инструментализма, когда следующим образом прокомментировал объяснение гравитации Эйнштейном:

«Важно иметь возможность предсказать картины звездного неба на фотоснимках астрономов, частоту спектральных линий и т. п., а то, припишем ли мы эти прогнозы физическому воздействию гравитаци­онных полей на движение планет и фотонов [как это было в физике до Эйнштейна] или искривлению пространства и времени, просто не имеет значения.» (Gravitation and Cosmology, с. 147).

Вайнберг и другие инструменталисты ошибаются. То, чему мы приписываем изображения на фотошаблонах астрономов, имеетзна­чение, и не только для физиков-теоретиков вроде меня, у которых же­лание в большей степени понять мир становится мотивацией для выра­жения теорий в виде формул и их изучения. (Я уверен, что эта моти­вация присуща и Вайнбергу: вряд ли его стимулирует одно лишь же­лание предсказать изображения и спектры!) Дело в том, что даже для чисто практического применения прежде всего важны объяснительные возможности теории, а уж потом, в качестве дополнения, — ее предсказательные возможности. Если это вас удивляет, представьте, что на Земле появился инопланетный ученый и преподнес нам ультратехноло­гичный «предсказатель», который может предсказать результат любого эксперимента, но без каких-либо объяснений. Если верить инструмен­талистам, то как только мы получим этот предсказатель, наши научные теории нам будут нужны разве что для развлечения. Но так ли это? Ка­ким образом предсказатель можно было бы использовать практически? В некотором смысле предсказатель содержал бы знания, необходимые для того, чтобы построить, скажем, космический корабль. Но насколько он бы пригодился нам при строительстве этого корабля, или при созда­нии другого подобного предсказателя, или даже при усовершенствова­нии мышеловки? Предсказатель всего лишь предсказывает результаты экспериментов. Следовательно, чтобы получить возможность пользо­ваться предсказателем, нам, прежде всего, нужно знать, о результа­тах каких экспериментов его можно спрашивать. Если бы мы задали предсказателю чертеж космического корабля и информацию о предпо­лагаемом испытательном полете, он мог бы сказать нам, как поведет себя корабль во время этого полета. Но спроектировать космический корабль предсказатель не смог бы. И даже если бы он сообщил нам, что спроектированный нами космический корабль взорвется при запуске, он не смог бы сказать нам, как предотвратить этот взрыв. Эту проб­лему снова пришлось бы решать нам. А прежде чем ее решить, прежде чем приступить хоть к какому-то усовершенствованию конструкции, нам пришлось быпонять,кроме всего прочего, принцип работы кос­мического корабля. И только тогда у нас появилась бы возможность выяснить причину взрыва при запуске. Предсказание — пусть даже самое совершенное, универсальное предсказание — не способно заме­нить объяснение.