Файл: Дойч. Структура Реальности.doc

Математически законы движения можно выразить системой урав­нений, которые называют уравнениями движения.Существует много различных решений этих уравнений, каждое из которых описывает какую-то возможную траекторию. Чтобы определить, какое решение описывает действительную траекторию, необходимо обеспечитьдопол­нительные данные- некоторую информацию о том, что происходит в действительности. Один из способов осуществить это заключает­ся в определении начального состояния, в данном случае направления ствола пушки. Однако существуют и другие способы. Например, мы точно также могли бы определить конечное состояние — положение и направление движения пушечного ядра в момент его приземления. Или мы могли бы определить положение самой высокой точки траектории. Мы можем давать любые дополнительные данные, если они помога­ют выбрать одно конкретное решение системы уравнений движения. Объединение любых дополнительных данных такого рода с законами движения равноценно теории, которая описывает все, что происходит с пушечным ядром с момента выстрела до удара.

Точно также законы движения для физической реальности в целом будут иметь много решений, каждое из которых соответствует кон­кретному случаю. Для завершения описания нам придется определить, какой случай произошел в действительности, предоставляя достаточ­но дополнительных данных для получения одного из многих решений уравнений движения. В простых космологических моделях, по край­ней мере одним из способов получения таких данных является опре­деление начального состояния Вселенной. Но, кроме того, мы могли бы определить конечное состояние или состояние в любой другой мо­мент времени: или мы могли бы предоставить некоторую информацию о начальном состоянии, какую-то информацию о конечном состоянии и о промежуточных состояниях. В общем, объединив достаточное ко­личество дополнительных данных разного рода с законами движения, мы, в принципе, получили бы описание физической реальности.

Как только мы определим, скажем, конечное состояние пушечно­го ядра, мы сможем непосредственно вычислить его начальное состо­яние, и наоборот, поэтому между различными методами определения дополнительных данных не существует практической разницы. Однако большую часть таких вычислений для Вселенной трудно обработать. Я сказал, что мы делаем вывод о существовании «неоднородности рас­пределения материи» в начальных состояниях из сегодняшних наблю­дений этой «неоднородности». Но это исключение: большая часть на­шего знания о дополнительных данных — о том, что конкретно проис­ходит, — существует в форме теорий высокого уровня об исходящих явлениях и, следовательно, по определению практически не поддает­ся выражению в виде формулировок начального состояния. Например, в большей части решений уравнений движения Вселенная в своем на­чальном состоянии не обладает свойствами, необходимыми для появле­ния жизни. Следовательно, наше знание того, что жизнь появилась, — значительная часть дополнительных данных. Возможно, мы никогда не узнаем, что это ограничение значит для подробной структуры Боль­шого Взрыва, но мы можем сделать выводы непосредственно из него. Например, первая точная оценка возраста Земли была сделана на ос­нове биологической теории эволюции, которая противоречила самым выдающимся достижениям физики того времени. Только предубежде­ние редукционистов могло заставить нас считать, что эти доказатель­ства были по какой-то причине менее вескими или, в общем, теории о начальном состоянии были более «фундаментальны», чем теории об исходящих особенностях реальности.

Даже в области основной физики идея о том, что теории началь­ного состояния содержат наши самые глубокие знания, весьма ошибоч­на. Одна из причин этого состоит в том, что она логически исключает возможность объяснения самого начального состояния: почему было начальное состояние, каким оно было, — однако в действительности у нас есть объяснения многих аспектов начального состояния. В об­щем, ни одна теория временине способна давать объяснения на основе чего-то «более раннего»; тем не менее, благодаря общей теории относи­тельности, а также квантовой теории (см. главу 2) у нас есть глубокие объяснения природы времени.

Таким образом, характер многих наших описаний, предсказаний и объяснений реальности не имеет ничего общего с теорией «начального состояния в совокупности с законами движения», к которой приводит редукционизм. Не существует причины рассматривать теории высоко­го уровня как «второсортные». Наши теории дробноатомной физики и даже квантовая теория относительности не имеют никаких преиму­ществ перед теориями об исходящих свойствах. Ни одну из этих облас­тей знания нельзя отнести к другим. Каждая теория содержит логичес­кие выводы остальных, однако не все эти выводы можно сформулиро­вать, поскольку они являются исходящими свойствами области других теорий. В действительности, неправильно употреблять сами термины «высокий уровень» и «низкий уровень». Законы биологии, например, — исходящие следствия высокого уровня законов физики. Но логически некоторые законы физики являются «исходящими» следствиями зако­нов биологии. Могло быть и так, что законы, которым подчиняются биологические и другие исходящие явления, полностью определяли бы законы основной физики. В любом случае, когда две теории логически связаны между собой, логика не заставляет рассматривать одну из них как определяющую вторую в целом или частично. Это зависит от объ­яснительных отношений между теориями. Преимущества имеют не те­ории, которые определяют конкретную шкалу размеров или сложности, и не теории, которые расположены на определенном уровне предсказательной иерархии, а те, которые содержат самые глубокие объяснения. Структура реальности состоит не только из составляющих редукционизма, как-то: пространство, время и дробноатомные частицы, — но и из жизни, мыслей, вычислений и многого другого, к чему относятся эти объяснения. Теория становится в большей степени основной, не­жели производной, не из-за своей близости к предсказывающей основе физики, а из-за своей близости к нашим самым глубоким объяснитель­ным теориям.

Квантовая теория, как я уже говорил, является одной из таких те­орий. Три другие основные нити объяснения, через которые мы стре­мимся понять структуру реальности, относятся к «высокому уровню» с точки зрения квантовой теории. Это теория эволюции(первоначально эволюции живых организмов),эпистемология(теория познания) ите­ория вычисления(о вычислительных машинах и о том, что они могут вычислить, а что не могут). Как вы увидите, между основными прин­ципами этих четырех, на первый взгляд, независимых предметов были обнаружены такие глубокие и разнообразные связи, что наилучшим образом понять один из них, не понимая три оставшиеся, стало невоз­можно. Все четыре формируют связную объяснительную структуру, которая имеет настолько обширные перспективы, и охватывает зна­чительную часть нашего понимания мира, что, на мой взгляд, ее уже можно справедливо назвать первой настоящей Теорией Всего. Таким образом, мы подошли к знаменательному моменту в истории идей — моменту, когда масштаб нашего понимания становится действительно универсальным. До настоящего времени все наше понимание касалось некоторого аспекта реальности, нехарактерного для целого. В будущем оно охватит объединенное понятие реальности: все объяснения будут пониматься на фоне универсальности, а каждая новая идея будет ав­томатически стремиться освещать не только конкретный предмет, но в различной степени все предметы. Понимание, которое мы в конечном итоге получим из последнего огромного объединения, может значитель­но превзойти понимание, которое мы получали от предыдущих объяс­нений. Мы увидим, что здесь объединяется и объясняется не только физика и не только наука, но и отдаленные области философии, логи­ки и математики, этики, политики и эстетики: возможно, все, что мы понимаем в настоящее время, а может быть, и многое из того, что мы еще не понимаем.

Какой же тогда вывод я адресовал бы себе-ребенку, который отвер­гал то, что рост знания делает мир менее понятным? Я бы согласился с ним, хотя сейчас я считаю, что важно не то, может ли однаиз особей нашего конкретного вида понять все то, что понимает весь вид. Важно то, действительно ли едина и понятна сама структура реальности. Су­ществует множество причин считать, что это так. Будучи ребенком, я просто знал это: сейчас я могу это объяснить.

Терминология.

Эпистемология— наука о природе познания и процессах, кото­рые ее создают.

Объяснение— (грубо) утверждение о природе и причинах вещей.

Инструментализм— система взглядов, в соответствии с кото­рой целью научной теории является предсказание результатов экспе­риментов.

Позитивизм— крайняя форма инструментализма, утверждаю­щая, что все формулировки, отличные от тех, которые что-либо описы­вают или предсказывают, не имеют смысла. (Этот взгляд сам не имеет смысла по своим же критериям).

Редукционный— редукционное объяснение — это объяснение, которое раскладывает все вещи на составляющие низкого уровня.

Редукционизм— система взглядов, в соответствии с которой научные объяснения изначально являются редукционными.

Холизм— идея о том, что обоснованными являются только объ­яснения, сделанные на основе систем высокого уровня; противополож­ность редукционизма.

Исход— исходящим явлением называется такое явление (как жизнь, мысль или вычисление), относительно которого существуют по­нятные факты или объяснения, которые не просто выводятся из теорий низкого уровня, но которые могут объяснить или предсказать теории высокого уровня, относящиеся непосредственно к этим явлениям.

Резюме.

Научное знание, как и все человеческое знание, состоит главным образом из объяснений. Простые факты можно посмотреть в справоч­нике, предсказания важны только при проведении решающих экспери­ментов для выбора более точной научной теории, которая уже прошла проверку на наличие хороших объяснений. По мере того, как новые те­ории вытесняют старые, наше знание становится как шире (когда по­являются новые предметы), так и глубже (когда наши основные теории объясняют больше и становятся более обобщенными). Глубина побеж­дает. Таким образом, мы не удаляемся от того состояния, когда один человек сможет понять все, что понято, а приближаемся к нему. Наши самые глубокие теории настолько переплетаются друг с другом, что их можно понять только совместно, как единую теорию объединенной структуры реальности. Эта Теория Всего имеет гораздо больший мас­штаб, чем та «теория всего», которую ищут ученые, занимающиеся фи­зикой элементарных частиц, потому что структура реальности состоит не только из таких составляющих редукционизма, как пространство, время и дробноатомные частицы, но также, например, из жизни, мыс­ли и вычисления. Четыре основных нити объяснения, которые могут составить первую Теорию Всего — это

квантовая физика, Главы 2, 9, 11, 12, 13, 14;

эпистемология, Главы З, 4, 7, 10, 13, 14;

теория вычислений, Главы 5, б, 9, 10, 13, 14;

теория эволюции, Главы 8, 13, 14.

Следующая глава посвящена первой и самой важной из четырех нитей — квантовой физике.

Глава 2. Тени.

Не существует лучшей, более открытой двери к изучению физики, чем обсуждение физического феномена свечи.

Майкл Фарадей

(Курс из шести лекций по химической истории свечи)

В своих знаменитых научных лекциях в Королевском институте Майкл Фарадей всегда побуждал своих слушателей изучать мир, рас­сматривая, что происходит при горении свечи. Я заменю свечу элек­трическим фонариком. Это правомерно, поскольку устройство электри­ческого фонарика во многом основано на открытиях Фарадея.

Я опишу несколько экспериментов, которые иллюстрируют явле­ния лежащие в основе квантовой физики. Такого рода эксперименты со множеством изменений и уточнений в течение многих лет остава­лись средством к существованию квантовой оптики. В их результатах нет противоречий, однако даже сейчас в некоторые из них трудно по­верить. Основные эксперименты удивительно просты. Они в сущнос­ти не требуют ни специальных научных инструментов, ни глубокого знания математики или физики, они заключаются всего лишь в отбра­сывании теней. Обычный электрический фонарик может производить весьма странные картины света и тени. При более внимательном рас­смотрении можно увидеть, что они имеют необычные разветвления. Чтобы объяснить их, нужны не просто новые физические законы, а но­вый уровеньописания и объяснения, выходящий за пределы того, что раньше считали научной сферой. Прежде всего, эти картины откры­вают существование параллельных миров. Как это возможно? Какая мыслимая картина теней может повлечь за собой подобные выводы?