Файл: Дойч. Структура Реальности.doc

Но предсказание — еще не объяснение. «Теория всего», на кото­рую так надеются, даже совместно с теорией начального состояния, в лучшем случае представит лишь крошечную грань истинной Тео­рии Всего. Эта теория сможет предсказатьвсе (в принципе). Но нельзя ожидать, что онаобъяснит гораздо больше, чем существующие теории, за исключением нескольких явлений, вызванных особенностями внут­риатомных взаимодействий, как-то: столкновения внутри ускорителей частиц и необычная история трансмутаций частиц во время Большо­го Взрыва. Что побуждает ученых использовать термин «теория всего» для названия столь малого, хотя и захватывающего отрезка знания? Я полагаю, еще один ошибочный взгляд на природу науки, который не одобряют многие научные критики, но (увы!) одобряют многие уче­ные: наука по существу являетсяредукционной. Это все равно, что ска­зать, что наука сомнительно упрощает все объяснения, раскладывая их на составляющие. Например, сопротивление стены проникновению или сбиванию объясняется тем, что стена — это огромное скопление взаи­модействующих молекул. Свойства этих молекул объясняют на основе составляющих их атомов, взаимодействия этих атомов друг с другом и так далее до мельчайших частиц и самых основных сил. Редукционисты считают, что все научные объяснения и, возможно, любые достаточно глубокие объяснения принимают именно такую форму.

Концепция редукционистов естественно приводит к созданию ие­рархии предметов и теорий в соответствии с тем, насколько они близ­ки к «самому низкому уровню» известных предсказательных теорий. В этой иерархии логика и математика образуют непоколебимые прин­ципы, на которых строится система научных взглядов. Фундаментом станет упрощенная «теория всего», универсальная теория частиц, сил, пространства и времени вместе с некоторой теорией начального состо­яния Вселенной. Остальная физика образует первые несколько этажей. Астрофизика и химия займут более высокий уровень, геология — еще более высокий и т. д. Здание разделяется на множество башен — пред­метов еще более высокого уровня: биохимию, биологию и генетику. В нетвердых слоях стратосферы примостились такие предметы, как теория эволюции, экономика, психология и вычислительная техника, которые на этой картине почти немыслимо вторичны.

В настоящее время у нас есть только приближения к упрощенной «теории всего». Они уже достаточно точно могут предсказывать зако­ны движения отдельных дробноатомных частиц. Используя эти законы, современные компьютеры могут рассчитать движение любой изолиро­ванной группы из нескольких взаимодействующих частиц некоторого элемента, если известно их начальное состояние. Но даже мельчайшая частичка материи, видимая невооруженным глазом, содержит трилли­оны атомов, каждый из которых состоит из множества дробноатомных частиц и непрерывно взаимодействует с внешним миром, так что пред­сказать поведение этой частички не представляется возможным. Допол­няя точные законы движения различными приближениями, мы можем предсказать некоторые аспекты общего поведения достаточно крупных объектов, например, температуру плавления или кипения данного хи­мического соединения. Большая часть основной химии была таким об­разом сведена к физике. Для наук более высокого уровня программа редукционистов — всего лишь дело принципа. Никто на самом деле не собирается выводить принципы биологии, психологии или политики из принципов физики. Причина, по которой предметы более высокого уровня вообще поддаются изучению, состоит в том, что в определен­ных условиях непостижимо сложное поведение огромного количества частиц становится мерой простоты и удобопонятности. Это называет­ся исходом:простота высокого уровня «исходит» из сложности низкого уровня. Явления высокого уровня с понятными фактами, которые нель­зя просто вывести из теорий низкого уровня, называютсяисходящими явлениями.Например, стена могла быть крепкой, потому что те, кто ее строил, боялись, что их враги могут попытаться преодолеть эту сте­ну. Это объяснение прочности стены высокого уровня невыводимо из объяснения низкого уровня, которое я привел выше (хотя и сопостави­мо с ним). «Строители», «враги», «страх», «пытаться» — это исходящие явления. Цель наук высокого уровня — дать нам возможность понять исходящие явления, самыми важными из которых, как мы увидим, яв­ляютсяжизнь, мысльивычисление.

Кстати, противоположность редукционизма — холизм,идея о том, что единственно правильные объяснения составлены на основе систем высокого уровня, — еще более ошибочна, чем редукционизм. Чего ожи­дают от нас холисты? Того, что мы прекратим наши поиски молеку­лярного происхождения болезней? Что мы откажемся от того, что люди состоят из дробноатомных частиц? Там, где существуют упрощенные объяснения, они столь же желанны, как любые другие. Там, где целые науки упрощаются до наук низкого уровня, мы, ученые, обязаны найти эти упрощения, так же как обязаны открывать любое знание.

Редукционист считает, что наука заключается в том, чтобы раз­ложить все на составляющие. Инструменталист считает, что цель нау­ки — предсказывать события. Для каждого из них существование наук высокого уровня — вопрос удобства. Сложность мешает нам исполь­зовать элементарную физику для получения предсказаний высокого уровня, поэтому мы гадаем, каковы были бы эти предсказания, если бы мы могли их получить, — исход дает нам возможность преуспеть в этом — именно в этом предположительно заключается смысл наук высокого уровня. Таким образом, для редукционистов и инструмента­листов, которые проигнорировали как истинную структуру, так и ис­тинную цель научного знания, основой предсказывающей иерархии фи­зики является, по определению, «теория всего». Но для всех остальных научное знание состоит из объяснений, а структура научного объясне­ния не отражает иерархию редукционистов. Объяснения существуют на каждом уровне иерархии. Многие из них независимы и относят­ся только к понятиям конкретного уровня (например, «медведь съел мед, потому что был голоден»). Многие объяснения содержат логичес­кие выводы, противоположные направлению упрощенных объяснений. То есть они объясняют вещи, не разделяя их на более маленькие, прос­тейшие, а рассматривают их как составляющие более крупных и слож­ных вещей, о которых у нас, тем не менее, есть объяснительные те­ории. Например, рассмотрим конкретный атом меди на кончике носа статуи сэра Уинстона Черчилля, которая находится на Парламентской Площади в Лондоне. Я попытаюсь объяснить, почему этот атом меди находится там. Это произошло потому, что Черчилль был премьер-ми­нистром в палате общин, которая расположена неподалеку; и потому, что его идеи и руководство способствовали победе Объединенных сил во Второй Мировой войне; и потому, что принято чествовать таких людей, ставя им памятники; и потому, что бронза, традиционный ма­териал для таких памятников, содержит медь и т.д. Таким образом, мы объясним физическое наблюдение низкого уровня — присутствие атома меди в определенном месте — через теории чрезвычайно высоко­го уровня о таких исходящих явлениях, как идеи, руководство, война и традиция.

Нет такой причины, почему должно существовать, даже в прин­ципе, какое-либо более низкоуровневое объяснениеприсутствия этого атома меди, чем то, которое я только что привел. Предположим, что упрощенная «теория всего» в принципе сделала бы низкоуровневоепред­сказаниевероятности, что такая статуя будет существовать, если из­вестно состояние (скажем) солнечной системы в какое-то более раннее время. Точно также эта теория в принципе описала бы, как эта статуя могла туда попасть. Но такие описания и предсказания (конечно же, абсолютно нереальные) ничего бы не объясняли. Они просто описыва­ли бы траекторию движения каждого атома меди от медного рудника через плавильную печь, мастерскую скульптора и т.д. Они также мог­ли бы сформулировать, какое влияние на эти траектории оказывают силы от окружающих атомов, например, тех, из которых состоят тела шахтеров и скульптора, и, таким образом, предсказать существование и форму статуи. В действительности, такое предсказание следовало бы отнести к атомам по всей планете, вовлеченным, кроме всего проче­го, в сложное движение, которое мы называем Второй Мировой вой­ной. Но даже если бы вы обладали сверхчеловеческой способностью следовать таким многословным предсказаниям нахождения атома ме­ди в том месте, вы все равно не смогли бы сказать: «Да, я понимаю, почему он там находится». Вы просто знали бы, что его попадание туда таким образом неизбежно (или вероятно, или что угодно еще), если из­вестны начальные конфигурации атомов и законы физики. Если бы вы захотели понять, почему он там находится, у вас по-прежнему не было бы другого выбора, кроме как сделать следующий шаг. Вам пришлось бы выяснить все, что касается этой конфигурации атомов и их траек­торий, из-за которых атом меди оказался именно в этом месте. Такое исследование стало бы творческой задачей, какой всегда является от­крытие новых объяснений. Вам пришлось бы обнаружить, что опреде­ленные конфигурации атомов подтверждают такие исходящие явления, как руководство и война, связанные друг с другом объяснительными теориями высокого уровня. И только узнав все эти теории, вы смогли бы полностью понять, почему этот атом меди находится именно там.

Редукционисты уверены, что законы, управляющие взаимодейст­вием дробноатомных частиц, имеют первостепенную важность, по­скольку они являются основой иерархии всего знания. Но в реальной структуре научного знания и в структуре нашего знания в целом такие законы играют гораздо более скромную роль.

Какова же эта роль? Мне кажется, что ни одна из рассмотренных теорий, претендующих на звание «теории всего», не содержит много но­вого в способе объяснения. Возможно, самый передовой подход с объ­яснительной точки зрения — это теория суперструн, вкоторой эле­ментарными строительными блоками материи являются удлиненные объекты, «струны», а не точечные частицы. Но ни один существующий подход не предлагает нового способа объяснения — нового в смысле объяснения Эйнштейном сил притяжения на основе искривленного про­странства и времени. В действительности, ожидается, что «теория все­го» унаследует практически всю объяснительную структуру сущест­вующих теорий электромагнетизма, ядерных сил и гравитации: их фи­зические концепции, их язык, их математический формализм и форму их объяснений. Значит, мы можем рассчитывать, что эта структура основной физики, которая нам уже известна из существующих теорий, внесет вклад в наше общее понимание.

В физике существует две теории, значительно более глубокие, чем остальные. Первая — это общая теория относительности, по-моему, наша лучшая теория пространства, времени и гравитации. Вторая — еще более глубокая — квантовая теория.Эти две теории (а никакая другая существующая или ныне рассматриваемая теория дробноатом­ных частиц) предоставляют подробную объяснительную и формаль­ную систему взглядов, в которой выражаются все остальные теории современной физики, и содержат основные физические принципы, ко­торым подчиняются все остальные теории. Объединение общей теории относительности и квантовой теории — с целью полученияквантовой теории относительности —стало в последние десятилетия основным предметом поисков физиков-теоретиков и должно было бы стать час­тью любой теории всего, как в узком, так и в широком смысле этого термина. Как мы увидим в следующей главе, квантовая теория, как и относительность, предоставляет революционно новый способ объяс­нения физической реальности. Причина, по которой квантовая теория глубже теории относительности, лежит большей частью не в физике, а вне ее, поскольку ее отрасли простираются далеко за пределы физики и даже за пределы самой науки в привычном ее понимании. Квантовая теория является одной изчетырех основных нитей¹,образующих наше настоящее понимание структуры реальности².

Прежде чем назвать три других нити, я должен упомянуть еще один способ искаженного представления структуры научного знания редукционизмом. Редукционизм принимает не только то, что объясне­ние всегда состоит из разделения системы на более маленькие и прос­тые системы, но и то, что все поздние события объясняются на основе ранних; другими словами, единственный способ что-то объяснить — сформулировать причины этого. А это подразумевает, что, чем рань­ше произошли события, на основе которых мы что-то объясняем, тем лучше объяснение, так что, в конечном счете, все лучше объяснять на основе первоначального состояния Вселенной.

«Теория всего», исключающая определение первоначального состо­яния Вселенной, не является полным описанием физической реальнос­ти, потому что она содержит только законы движения; а законы дви­жения сами по себе делают лишь условные предсказания. То есть они формулируют не то, что происходит, а только то, что произойдет в ка­кое-то время, если известно, что это происходило раньше. Только если известно полное определение начального состояния, в принципе мож­но вывести полное описание физической реальности. Существующие космологические теории не обеспечивают полного определения началь­ного состояния даже в принципе, но они утверждают, что изначально Вселенная была очень маленькой, очень горячей и имела однородную структуру. Но мы также знаем, что Вселенная не могла иметь абсо­лютно однородную структуру, потому что в соответствии с теорией это будет несовместимо с россыпью галактик, которые мы наблюда­ем сегодня в небе. На первоначальные изменения плотности, «неодно­родность распределения материи», значительное влияние оказало гра­витационное сжатие (то есть относительно плотные участки притянули бы больше материи и стали бы более плотными), так что сначала эти изменения, должно быть, были совсем небольшими. Но какими бы маленькими они ни были, они имеют огромное значение для любых описаний реальности редукционистами, потому что почти все, что мы наблюдаем вокруг от россыпи звезд и галактик в небе до появления бронзовых статуй на планете Земля, с точки зрения основной физики является следствием этих изменений. Если наше редукционное описа­ние стремится охватить нечто большее, чем самые крупные свойства наблюдаемой Вселенной, нам нужна теория, определяющая те важней­шие первоначальные отклонения от однородности.

Я попытаюсь заново сформулировать последнее требование, не принимая во внимание предубеждения редукционистов. Законы дви­жения любой физической системы дают только условные предсказа­ния и, следовательно, совместимы со многими возможными варианта­ми развития этой системы. (Это не зависит от ограничений предсказа­ния, которые накладывает квантовая теория и о которых я расскажу в следующей главе). Например, законы движения, которым подчиняет­ся ядро, выпущенное из пушки, совместимы с многими возможными траекториями, каждая из которых соответствует одному из возможных направлений и подъемов ствола пушки при выстреле (рис. 1.2).