Текст книги "Начало бесконечности. Объяснения, которые меняют мир"

12. Физик – о несостоятельной философии
С некоторыми замечаниями о несостоятельных научных теориях

Кстати, все, что я вам сейчас рассказал, представляет собой пример того, что я называю «история физики глазами физика», – а она всегда неправильна…

Ричард Фейнман. КЭД – странная теория света и вещества (QED: The Strange Theory of Light and Matter, 1985)[83]83
  Цит. по: Фейнман Р., КЭД – странная теория света и вещества. – М.: Астрель, 2012.


[Закрыть].

ЧИТАТЕЛЬ: Так, значит, я – эмерджентный квазиавтономный поток информации в мультивселенной?

ДЭВИД: Именно так.

ЧИТАТЕЛЬ: И я существую во множестве экземпляров, часть из которых отличается друг от друга, а часть – нет. И согласно квантовой теории это наименее странное, что есть в устройстве мира?

ДЭВИД: Да.

ЧИТАТЕЛЬ: И вы утверждаете, что у нас нет другого выбора, кроме как принять выводы этой теории, потому что это единственное известное объяснение многих явлений и оно выдержало все известные экспериментальные проверки?

ДЭВИД: А какие еще варианты вам нужны?

ЧИТАТЕЛЬ: Я просто резюмирую.

ДЭВИД: Тогда да: квантовая теория универсальна по сфере своего охвата. Но если вы лишь хотите объяснить, откуда мы знаем, что есть другие вселенные, то необязательно проходить всю теорию. Достаточно остановиться на том, что происходит с единичным фотоном в интерферометре Маха – Цендера: путь, по которому фотон не полетел, влияет на тот, по которому он прошел. Или если вам нужна еще большая ясность, представьте себе квантовый компьютер: то, что он выдает, зависит от промежуточных результатов, вычисляемых в огромном количестве различных историй, связанных с одними и теми же несколькими атомами.

ЧИТАТЕЛЬ: Но это же просто несколько атомов, которые существуют во множестве экземпляров. Это не люди.

ДЭВИД: Вы хотите сказать, что состоите не из атомов?

ЧИТАТЕЛЬ: А, понятно.

ДЭВИД: Представьте себе также огромное облако экземпляров одного фотона, часть из которых задержана по пути барьером. Поглотил ли их тот барьер, который мы видим, или каждый поглощен другим квазиавтономным барьером, находящимся в том же месте?

ЧИТАТЕЛЬ: А какая разница?

ДЭВИД: Разница есть. Если бы все они были поглощены тем барьером, который мы видим, он бы испарился.

ЧИТАТЕЛЬ: Пожалуй, испарился бы.

ДЭВИД: И мы можем спросить, как спрашивал я в рассказе о звездолете и фантомной зоне, на чем стоят эти барьеры? Наверно, на других экземплярах пола. И планеты. А затем мы можем вспомнить об экспериментаторах, которые все это устанавливают и наблюдают результаты и так далее.

ЧИТАТЕЛЬ: Получается, что эта струйка фотонов, проходящих через интерферометр, действительно открывает окно с видом на огромную множественность вселенных.

ДЭВИД: Да. Это еще один пример силы, и лишь малой доли силы квантовой теории. Объяснение этих экспериментов по отдельности не так сложно варьировать, как всю теорию. Но в том, что касается существования других вселенных, оно, бесспорно, остается таким же.

ЧИТАТЕЛЬ: И это все?

ДЭВИД: Да.

ЧИТАТЕЛЬ: Но тогда почему к согласию пришла лишь малая часть физиков, занимающихся квантовой теорией?

ДЭВИД: Из-за несостоятельной философии.

ЧИТАТЕЛЬ: А что это?

Квантовая теория была открыта двумя физиками – Вернером Гейзенбергом и Эрвином Шредингером – независимо друг от друга, и они подошли к ней с разных сторон. В честь второго из них названо уравнение Шредингера, которое представляет собой способ выражения квантово-механических законов движения.

Обе версии теории были сформулированы между 1925 и 1927 годами, и в обеих движение, особенно в атомах, объяснялось новым и совершенно контринтуитивным образом. Теория Гейзенберга утверждала, что физические переменные, характеризующие какую-либо частицу, не имеют числовые значения. Это матрицы: большие массивы чисел, связанные сложным, вероятностным образом с исходами наблюдений этих переменных. Это теперь мы знаем, что множественность информации существует, потому что переменная принимает различные значения для различных экземпляров объекта в мультивселенной. А тогда ни Гейзенберг, ни кто-либо другой не верили, что его матрично-значные величины буквально описывают то, что Эйнштейн называл «элементами реальности».

Уравнение Шредингера применительно к отдельной частице описывало волну, движущуюся в пространстве. Но Шредингер вскоре понял, что для случая двух или более частиц это не так. Уравнение не описывало волну с множеством гребней, его нельзя было разрешить с получением двух или более волн; с математической точки зрения получалась одна волна в пространстве более высокой размерности. Это теперь мы знаем, что такие волны описывают, какая доля экземпляров каждой частицы находится в каждой области пространства, а также информацию о запутанности частиц между собой.

Хотя казалось, что теории Шредингера и Гейзенберга описывают очень непохожие миры, каждый из которых было непросто соотнести с существующими представлениями о реальности, вскоре обнаружилось, что, если добавить к каждой теории определенное, простое эмпирическое правило, они всегда будут делать идентичные предсказания. Более того, эти предсказания оказались весьма удачными.

Теперь, оглядываясь в прошлое, мы можем сформулировать это правило так: при каждом измерении перестают существовать все истории, кроме одной. Этот вариант выбирается случайным образом, а вероятность каждого возможного исхода равна суммарной мере всех историй, в которых этот исход реализуется.

Но потом случилась беда. Вместо того чтобы попытаться усовершенствовать и объединить эти две сильные, хотя и небезупречные, объяснительные теории и понять, почему такая эмпирическая закономерность работает, большая часть сообщества физиков-теоретиков быстро, как по команде, ушла в инструментализм. Если предсказания сбываются, рассуждали они, зачем беспокоиться о каком-то объяснении? И они пытались рассматривать квантовую теорию всего лишь как набор эмпирических закономерностей для предсказания наблюдаемых исходов экспериментов, ничего (больше) не говорящих о реальности. Такой взгляд популярен и сегодня, и его критики (и даже некоторые сторонники) называют его «интерпретацией квантовой теории в стиле «заткнись и считай».

Это означало игнорирование ряда неудобных фактов. Во-первых, того, что это эмпирическое правило совершенно несовместимо с обеими теориями; поэтому его можно использовать лишь в тех ситуациях, когда квантовые эффекты слишком малы и, как следствие, незаметны. В их число попадал момент измерения (из-за запутанности с измерительным инструментом и последующей декогеренции, как мы теперь знаем). Во-вторых, оно даже не было самосогласованным применительно к гипотетическому случаю, когда один наблюдатель производит квантовое измерение по отношению к другому наблюдателю. И в-третьих, обе версии квантовой теории явно описывали физический процесс некоторого типа, который привел к результатам эксперимента. Физикам, как в силу их профессионализма, так и из природного любопытства, трудно удержаться и не заинтересоваться этим процессом. Хотя многие и пытались сдержаться. И большинство из них учили этому студентов. Это мешало научной традиции критики по отношению к квантовой теории.

Я определю «несостоятельную философию» как философию, которая не просто неверна, но и активно препятствует развитию другого знания. В данном случае действие инструментализма было направлено на то, чтобы помешать усовершенствованию, развитию или объединению объяснений, даваемых теориями Шредингера и Гейзенберга.

Физик Нильс Бор (еще один первопроходец квантовой эпохи) разработал тогда «интерпретацию» теории, которая впоследствии получила название «копенгагенская интерпретация». Она утверждала, что квантовая теория, включая эмпирическое правило, является полным описанием реальности. Различные противоречия и пробелы Бор объяснял, комбинируя инструментализм с намеренной двусмысленностью. Он отрицал возможность «говорить о явлении как о существующем объективно», но утверждал, что явлениями нужно считать только исходы наблюдений. Он также говорил, что, хотя у наблюдения нет доступа к «реальной сущности явлений», оно все же открывает взаимоотношения между ними и что вдобавок квантовая теория размывает различие между наблюдателем и наблюдаемым. Но вопроса о том, что случится, если один наблюдатель произведет наблюдение за другим на квантовом уровне, он избегал, и этот вопрос получил название «парадокс друга Вигнера», в честь физика Юджина Вигнера.

Относительно ненаблюдаемых процессов между наблюдениями, где теории Шредингера и Гейзенберга, казалось, описывали множество историй, происходящих одновременно, Бор предложил новый фундаментальный принцип природы – «принцип дополнительности». Он гласил, что явления можно описывать только на «классическом языке», то есть на языке, который приписывает физическим переменным единственное значение в каждый отдельный момент времени, но этот классический язык можно использовать только для некоторых переменных, включая только что измеренные. Спрашивать, каковы значения других переменных, не разрешалось. Таким образом, например, в ответ на вопрос «По какому из путей полетел фотон?» в интерферометре Маха – Цендера ответом было, что если путь не наблюдался, то нет и такого понятия, как «какой из путей». На вопрос «Тогда как фотон узнает, куда ему поворачивать за последним зеркалом, ведь это зависит от того, что было на обоих путях?» давался уклончивый ответ, называемый «корпускулярно-волновым дуализмом»: фотон одновременно является объектом протяженным (с ненулевым объемом) и локализованным (с нулевым объемом), и для наблюдения можно выбрать одно из свойств, но не оба. Часто это выражается словами: «Фотон одновременно является и волной, и частицей». Как это ни парадоксально, но в некотором смысле эти слова в точности верны: в этом эксперименте весь мультиверсный фотон действительно является протяженным объектом (волной), а его экземпляры (частицы в отдельных историях) локализованы. К сожалению, это не то, что имелось в виду в копенгагенской интерпретации. Ее идея была в том, что квантовая физика бросает вызов самим основам разума: у частиц имеются взаимоисключающие свойства, и точка. Попытки критики этой идеи отвергаются как необоснованные, потому что это попытки использовать «классический язык» вне отведенной ему области применения (а именно описания исходов измерений).

Позднее Гейзенберг назвал значения, о которых не разрешено спрашивать, потенциальными возможностями, из которых после завершения измерения актуальным станет только одно. Но как могут потенциальные возможности, которые не реализовались, влиять на фактические исходы? Это оставалось неясным. Чем вызван переход между «потенциальным» и «фактическим»? Антропоцентрический язык Бора, который прорабатывался в большинстве последующих изложений копенгагенской интерпретации, приводил к мысли о том, что этот переход обусловлен человеческим сознанием. Тем самым утверждалось, что сознание действует на фундаментальном уровне в физике.

Десятилетиями в университетских курсах физики различные версии всего этого преподавались как факт – расплывчатость, антропоцентризм, инструментализм и так далее. Немногие физики осмеливались заявить, что все это понимают. На самом деле никто этого не понимал, и на вопросы студентов обычно отвечали ерундой вроде: «Если вы думаете, что поняли квантовую механику, значит, вы ее не поняли». Несовместимость защищалась как «дополнительность» или «дуализм»; парохиальность провозглашалась философской изощренностью. Таким образом, теория заявляла, что стоит вне юрисдикции обычных (то есть всех) режимов критики, а это верный признак несостоятельной философии.

Сочетание расплывчатости, защищенности от критики, а также престижа и мнимого авторитета фундаментальной физики открыло двери бесчисленному множеству псевдонаучных и шарлатанских систем, якобы опирающихся на квантовую теорию. То, что в ней прямая критика и здравый смысл ставились под сомнение как «классические», а значит, недопустимые, оказалось бесконечно удобно тем, кто хотел проигнорировать разум и предаться многочисленным иррациональным способам мышления. Таким образом, квантовая теория – глубочайшее открытие в области физических наук – приобрела репутацию защитника практически всякого выдвигаемого мистического и оккультного учения.

Не все физики соглашались с копенгагенской интерпретацией и ее последующими уточнениями. Эйнштейн так ее и не принял. Физик Дэвид Бом изо всех сил пытался найти альтернативную, совместимую с реализмом интерпретацию и в итоге построил весьма сложную теорию, которую я рассматриваю как сильно замаскированную теорию о мультивселенной, хотя сам он решительно возражал против такого понимания. В 1952 году в Дублине Шрёдингер в шутку предупредил слушателей своей лекции, что то, что он собирается сказать, может прозвучать как «бред сумасшедшего». А сказал он, что когда его уравнение описывает несколько различных историй, то это «не альтернативы, но все они действительно происходят одновременно». Это самая ранняя из известных отсылок к мультивселенной.

Выдающемуся ученому приходилось шутить, что его можно принять за безумца. И почему? Просто потому, что он утверждал, что его собственное уравнение – то самое, за которое он получил Нобелевскую премию, – может оказаться верным.

Эта лекция Шрёдингера ни разу не была опубликована, и, по-видимому, он далее эту идею не развивал. Пятью годами позже и независимо от него физик Хью Эверетт опубликовал всеобъемлющую теорию мультивселенной, теперь называемую эвереттовской интерпретацией квантовой теории. Но прошло еще несколько десятилетий, прежде чем работа Эверетта была замечена более чем несколькими физиками. Даже теперь, когда она стала широко известна, признает ее лишь незначительное меньшинство. Меня часто просят объяснить это необычное явление. К сожалению, полностью удовлетворительное объяснение мне не известно. Но чтобы понять, почему это, возможно, не такое уж странное и единичное событие, как кажется, нужно рассмотреть несостоятельную философию в более широком контексте.

Ошибка – нормальное состояние нашего знания, это не порок. В ложной философии нет ничего плохого. Проблемы неизбежны, но их можно решить путем творческого, критического мышления, которое ищет разумных объяснений. Это состоятельная философия и состоятельный научный подход, и то и другое так или иначе существовали всегда. Например, дети всегда изучали язык путем построения, критики и проверки предположений о связи между словами и реальностью. И, как я объясню в главе 16, они, по-видимому, и не могут изучать его другим способом.

Несостоятельная философия также существовала всегда. Например, взрослые постоянно говорят детям: «Потому что я так сказал». Хотя не всегда предполагается, что это философская позиция, проанализировать ее как таковую стоит, поскольку эти простые слова содержат удивительно много аспектов и ложной, и несостоятельной философии. Во-первых, это идеальный пример неразумного объяснения: с его помощью можно «объяснить» все. Во-вторых, среди прочего эта позиция приобретает свой статус за счет того, что обращается лишь к форме вопроса, а не к его сути: важно, кто сказал, а не что. Это противоположно поиску истины. В-третьих, в ней по-новому истолковывается требование правильного объяснения (почему нечто должно быть таким, каково оно есть?) как требование оправдания (что дает вам право утверждать, что это так?), а это химера обоснованного истинного убеждения (justified-true-belief). В-четвертых, эта фраза смешивает несуществующий авторитет в плане идей с авторитетом (властью) человека, что ведет многократно исхоженным путем несостоятельной политической философии. И, в-пятых, за счет этого данная фраза провозглашает свою неподсудность обычной критике.

До эпохи Просвещения несостоятельная философия обычно представляла собой вариации темы «потому что я так сказал». Когда Просвещение освободило философию и науку, в них обеих начался прогресс и стало появляться все больше состоятельной философии. Но парадоксальным образом несостоятельная философия становилась еще хуже.

Я уже говорил, что поначалу эмпиризм играл в истории идей положительную роль, защищая от традиционных авторитетов и догм, а также отводя эксперименту центральную – хотя и неправильную – роль в науке. Первое время то, что эмпиризм – неработоспособное объяснение того, как работает наука, почти не вредило, потому что никто не воспринимал его буквально. Что бы ни говорили ученые о том, откуда взялись их открытия, они с воодушевлением брались за интересные задачи, выдвигали разумные объяснения, проверяли их и только потом заявляли, что вывели объяснения из опыта. В сухом остатке было то, чего они добились: достигнутый ими прогресс. Ничто не мешало этому безобидному (само) обману, и никаких выводов из него не делалось.

Но постепенно эмпиризм стал восприниматься буквально, и вреда от него становилось все больше. Например, позитивизм, развивавшийся в XIX веке, ставил целью выбросить из научных теорий все, что не «выведено из наблюдения». И поскольку на самом деле ничто из наблюдений не выводится, исключительно от прихоти и интуиции позитивистов зависело, что выбросить, а что нет. Изредка это даже приносило пользу. Например, физик Эрнст Мах (отец Людвига Маха, создателя интерферометра Маха – Цендера), который также был философом-позитивистом, повлиял на Эйнштейна, подтолкнув его к исключению из физики непроверенных допущений, включая ньютоновское допущение о том, что время течет с одинаковой скоростью для всех наблюдателей. Эта оказалось замечательной идеей. Но из-за своего позитивизма Мах возражал и против получившейся в результате теории относительности, главным образом потому, что в ней утверждалось, что пространство-время существует, хотя его и нельзя «непосредственно» наблюдать. Также Мах решительно отрицал существование атомов, потому что они слишком малы для наблюдения. Сегодня мы смеемся над этой глупой мыслью, ведь у нас есть микроскопы, которые позволяют увидеть атомы, но философии обязана была посмеяться над ней еще тогда.

Однако вместо этого, когда физик Людвиг Больцман с помощью атомной теории объединил термодинамику и механику, ему так досталось от Маха и других позитивистов, что он был просто в отчаянии, и это могло стать одной из причин его самоубийства, совершенного незадолго до того, как события приняли совсем иной оборот и многие направления физики вырвались из-под махистского влияния. С тех самых пор ничто уже не мешало процветанию атомной физики. К счастью, и Эйнштейн вскоре отказался от позитивизма, открыто встав на защиту реализма. Поэтому он так и не принял копенгагенскую интерпретацию. Интересно, если бы Эйнштейн продолжал принимать позитивизм всерьез, дошел бы он когда-нибудь до общей теории относительности, в которой пространство-время не только существует, но и является динамической, невидимой сущностью, вздыбливающейся и скручивающейся под влиянием массивных объектов? Или теория пространства-времени резко остановилась бы, как квантовая теория?

К сожалению, большинство философов науки со времен Маха были еще хуже (с одним важным исключением в лице Поппера). На протяжении XX века антиреализм стал почти общепризнанным течением среди философов и широко распространенным среди ученых. Некоторые вообще отрицали существование физического мира, а большинство считало необходимым признать, что, даже если он существует, науке до него не добраться. Например, философ Томас Кун в своей статье «Размышления о моих критиках» (Reflections on my Critics) пишет так:

Существует [шаг], который многие философы науки хотели бы сделать, а я от него отказываюсь. Они хотели бы сравнивать [научные] теории как представления природы, как утверждения о том, «что там есть на самом деле.

Цит. по сб. Criticism and the Growth of Knowledge, 1979 («Критицизм и рост знания» под ред. Имре Лакатоса и Алана Масгрейва)

Позитивизм выродился в логический позитивизм, в рамках которого заявлялось, что утверждения, не поддающиеся наблюдательной проверке, не только бесполезны, но и бессмысленны. Это учение грозило уничтожить не только объяснительное научное знание, но и всю философию. В частности, сам логический позитивизм – философская теория, и ее нельзя проверить путем наблюдений; а значит, он утверждает свою собственную бессмысленность (а также бессмысленность всякой другой философии).

Приверженцы логического позитивизма пытались спасти свою теорию от этого вывода (например, называя его «логическим» в отличие от философского), но все напрасно. Затем Витгенштейн принял этот вывод и объявил всю философию, включая свою собственную, бессмысленной. Он выступал за то, чтобы обходить молчанием философские проблемы, и, хотя сам никогда не пытался следовать этой установке, многие превозносили его как одного из величайших гениев XX века.

Кто-то подумает, что это было низшей точкой философской мысли, но, к сожалению, нашлись еще большие глубины, куда можно пасть. На протяжении второй половины XX века господствующая философия утратила связь с попытками понять науку в том виде, в котором она фактически творилась или должна была бы делаться, и интерес к ней. Следуя Витгенштейну, доминирующей школой философии на некоторое время стала «лингвистическая философия», определяющий догмат которой был таков: то, что кажется философскими проблемами, на самом деле представляет собой вопросы о том, как именно в повседневной жизни используются слова, и что осмысленно изучать философы могут только это.

Далее, следуя родственной тенденции, зародившейся в европейском Просвещении, но распространившейся во всем западном мире, многие философы отошли от попыток что-либо понять. Они активно нападали не только на идею объяснения и реальности, но и на идею истины и разума. Просто критиковать такие атаки за внутреннюю противоречивость, как у логического позитивизма – а в них она была, – значит доверять им сверх меры. Ведь даже приверженцы логического позитивизма и Витгенштейн были заинтересованы в том, чтобы провести различие между тем, что имеет смысл, и тем, что не имеет, хотя и выступали они за безнадежно неправильное.

Одно из влиятельных сегодня философских течений проходит под различными названиями, такими как постмодернизм, деконструктивизм и структурализм, в зависимости от несущественных здесь исторических деталей. В его рамках утверждается, что из-за того, что все идеи, включая научные теории, носят гипотетический характер и их невозможно обосновать, они по сути своей произвольны: это не больше чем рассказы, называемые в данном контексте нарративами. Смешивая крайний культурный релятивизм с другими формами антиреализма, это направление рассматривает объективную истинность и ложность, а также реальность и знание о ней, как всего лишь привычные словесные конструкции, обозначающие идею, одобряемую определенной группой людей, например элитой, или разделяющими единое мнение людьми, или модой, или другим произвольным авторитетом. Наука и Просвещение рассматриваются всего лишь как одна такая мода, а заявляемое наукой объективное знание – как проявление чрезмерной самонадеянности, свойственной соответствующей культуре.

По-видимому, все это с неизбежностью относится и к самому постмодернизму: это нарратив, который противится рациональной критике или усовершенствованию, и именно поэтому он отвергает всю критику как «всего лишь» нарратив. Чтобы создать удачную постмодернистскую теорию, нужно действительно просто удовлетворить критериям постмодернистского сообщества, которое в ходе своего развития стало сложным, привилегированным и основанным на авторитетах. Ничто из сказанного не является верным для рациональных способов мышления: создание разумного объяснения – дело сложное, но не в силу чего-то решения, а потому что есть объективная реальность, которая не отвечает ничьим, включая авторитетов, априорным ожиданиям. Создатели неразумных объяснений, например мифов, всего лишь занимаются сочинительством. Но метод поиска разумных объяснений связывает нас с реальностью, и не только в науке, но и в состоятельной философии, поэтому он и работает и поэтому является антитезой выдумыванию историй для удовлетворения надуманных критериев.

Хотя с конца XX века наметилось улучшение, есть одно наследие эмпиризма, которое продолжает вносить замешательство и уже открыло двери огромному числу несостоятельных философских направлений, – это идея о том, что научную теорию можно разбить на обладающие предсказательной силой эмпирические правила, с одной стороны, и утверждения о реальности (иногда называемые «интерпретация») – с другой. Это не имеет смысла, потому что, как и с фокусами, без объяснения невозможно распознать обстоятельства, при которых предполагается применять эмпирическое правило. И в особенности это не имеет смысла в фундаментальной физике, потому что предсказанный исход наблюдения и сам является ненаблюдаемым физическим процессом.