Крылья Феникса; Введение в квантовую мифофизику
Шрифт:
Дело в том, что множество всех задач, которые могут быть решены всеми прошлыми, настоящими и будущими компьютерами, -- счетно, то есть имеет ту же мощность (грубо говоря, число элементов), что и дискретный натуральный ряд. Человек же вполне способен работать с идеей актуальной бесконечности и с непрерывными множествами мощности континуума (а, возможно, и более высокой). Можно думать, что понятие континуума как некоторой первичной сущности, не сводимой к счетным множествам, действительно присуще человеческой психике. Каждый человек, вероятно, обладает зачатками топологического мышления, основанного на идее непрерывности. Выдающийся математик XX века Г. Вейль говорил об абстрактной алгебре и топологии как двух альтернативных способах математического мышления; по выражению Вейля, за душу каждого математика борются ангел топологии и бес абстрактной алгебры. На уровне физиологии различные виды мышления связываются с полушариями человеческого
По-видимому, точка зрения Геделя состоит в том, что разум не ограничен вычислительной способностью и даже не ограничен конечностью мозга... Гедель отверг аргумент Тьюринга о том, что нет разума, отдельного от материи, назвав это предрассудком нашего времени. Видимо, для Геделя было очевидно, что физический мозг должен вести себя как вычислительное устройство, но разум -- нечто за пределами мозга.
Сам Пенроуз пытается дать материалистическое (возможно, только по форме) объяснение очевидному для него факту несводимости человеческого сознания к выполнению некоторой компьютерной программы, или, иными словами, наличия в человеческом (научном, и даже математическом!) мышлении иррациональных моментов. К сожалению, предрассудок нашего времени, согласно которому сознание есть продукт деятельности мозга, привел его к достаточно экзотической гипотезе о важности квантовых эффектов (при физиологических температурах!) в деятельности нервной системы; при этом квантовые эффекты трактуются не в символическом и ассоциативном смысле, как у нас, а вполне естественнонаучно. Понимая, что в квантовую природу целой клетки -- нейрона поверить совсем уже трудно, он пытается рассматривать в качестве структурного субстрата психики цитоскелет. Не хотелось бы здесь быть чересчур категоричными, но любому физику, профессионально занимавшемуся процессами декогерентности в сквидах, молекулярным магнетиках или любых других реальных системах, куда проще поверить в прямо мистические построения, чем в подобные научные гипотезы.
Первое предположение показывает, что речь идет о неизвестном явлении -Бог знает, сколько их еще. Второе связано, напротив, со сферой хорошо известного нам и находится в полном противоречии со всеми фундаментальными и человеческими законами. Именно поэтому мы должны относиться к нему с величайшим сомнением, к нему и его кажущейся рациональности.
(Д. Адамс. Долгое темное чаепитие души)
Впрочем, сама по себе попытка описать сознание как квантовый феномен кажется очень интересной. По крайней мере, квантовая картина мира, основанная на корпускулярно-волновом дуализме, действительно гораздо лучше соответствует структуре человеческой психики, чем компьютерный классический мир. В то же время попытки связать квантовый характер сознания с квантовыми свойствами его предполагаемых материальных носителей и с известными законами физики вызывает уже серьезные сомнения.
– - А я думал, вы верите в чудеса, -- не выдержал секретарь.
– - Да, -- ответил отец Браун, -- я верю в чудеса. Я верю и в тигров-людоедов, но они не мерещатся мне на каждом шагу. Если мне нужны чудеса, я знаю, где их искать.
(Г. К. Честертон)
ГЛАВА 7.
Квантовый мир: конец классической причинности
Мне кажется, я смело могу сказать, что квантовой механики никто не понимает. Так что не относитесь к этой лекции слишком серьезно, не думайте, что вам действительно необходимо понять ее содержание и построить себе какую-то мысленную модель. Передохните и попытайтесь просто поразвлечься...
Если сможете, не мучайте себя вопросом: Но как же так может быть?, ибо в противном случае вы зайдете в тупик, из которого еще никто не выбирался. Никто не знает, как же так может быть.
(Р. Фейнман. Характер физических законов)
Обсуждение традиционных, прежде всего религиозных, представлений о реальности увело нас достаточно далеко от естественнонаучной проблематики, и читатель вправе спросить, перефразируя известный анекдот о поручике Ржевском: Ну а когда же про квантовую механику-то будет?. Отвечаем: сейчас.
Принято думать, и, как мы покажем, это мнение имеет под собой серьезные основания, что создание (в первой трети XX века) квантовой механики явилось неким рубежом, после которого физика не только может, но и вынуждена иметь дело с проблемами, ранее целиком относимыми к компетенции теологии и философии. По мнению многих физиков и философов, квантовая механика поставила такие вопросы, которые не могут адекватно обсуждаться в рамках традиционного естественнонаучного мировоззрения,
В возникших спорах приняли участие почти все выдающиеся физики нашего времени (кроме позитивистски настроенных исследователей, вообще не склонных обсуждать мировоззренческие вопросы как ненаучные). Хотя в книгах гуманитарной направленности изложение каких-то конкретных точек зрения по этому вопросу зачастую предваряется словами современная физика установила, что..., спор далеко не завершен. В этом разделе мы приведем -- в той мере, как это необходимо для связности изложения, основные физические факты, которые в дальнейшем будут обсуждаться с более возвышенной точки зрения.
Ранний период развития квантовой физики (1900-- 1924) характеризуется прежде всего формулировкой законов излучения в идеальной модели абсолютно черного (т. е. не отражающего) тела и введением кванта действия (М. Планк, 1900), открытием световых квантов и корпускулярно-волнового дуализма, т. е. двойственной природы света (А. Эйнштейн, 1905 и последующие работы), затем построением модели атома Бора (Н. Бор, 1913) и гипотезой Луи де Бройля о волновых свойствах электрона (1924). Ключевым моментом здесь является осознание корпускулярно-волнового дуализма как универсального свойства материи.
Обретена
Вечность!.. Она -
Точно волна,
Слитая с солнцем.
(А. Рембо. Вечность)
Второй этап, начавшийся с 1925 года, характеризуется построением формальной теории, описывающей этот дуализм (В. Гейзенберг, М. Борн, П. Иордан, Э. Шредингер, П. Дирак, В. Паули, 1925-- 1927; 1925-- 1927; Дж. фон Нейман, 1932; Р. Фейнман, 1948 и другие и глубоким обдумыванием возникших в связи с этим концептуальных проблем (принцип неопределенности Гейзенберга, статистическая интерпретация волновой функции Борна, принцип дополнительности Бора, теория измерений Дж. фон Неймана, и др.). Существуют хорошие популярные изложения физической сути корпускулярно-волнового дуализма (см., напр., прекрасные книги Р. Фейнмана Характер физических законов и КЭД: странная теория света и вещества), к которым мы и отсылаем читателя за более детальной физической информацией.
Наиболее удивительной чертой квантовой механики, радикально отличающей ее от всей предшествующей физики, служит придание вероятности статуса фундаментального понятия. В классической физике вероятность возникает как мера нашего незнания поведения системы, и ее использование носит, в общем, прагматический характер. Скажем, рассчитать точную траекторию падения монетки с учетом ее вращения, сил сопротивления воздуха и т. п. в рамках классической физики в принципе возможно, хотя это -- достаточно сложная физическая задача. Вместо того, чтобы решать ее в каждом конкретном случае, мы прибегаем к вероятностным соображениям, когда говорим, что при достаточно большом числе испытаний приблизительно в половине случаев монетка упадет орлом, а в половине -- решкой. Тем не менее, если нам очень уж захочется, мы вполне можем сделать гораздо больше, а именно, рассчитать движение монетки полностью и предсказать, как она упадет в данном конкретном случае. Другое дело, что во многих реальных задачах такая возможность остается только принципиальной -- скажем, в задачах молекулярной физики, где нужно рассматривать совместно уравнения движения для колоссального числа частиц. Для многих физически важных задач движение к тому же оказывается неустойчивым, и уже малая неопределенность в задании начальных условий приводит к сколь угодно большой неопределенности в решении через большие промежутки времени. В таких случаях прагматически использование понятия вероятности оказывается не только возможным, но и неизбежным. Однако в принципе нет никаких ограничений на сколь угодно точное определение начальных условий и сколь угодно точное решение задачи.