Черные дыры и молодые вселенные - Хокинг Стивен Уильям (книги бесплатно читать без txt) 📗
Эти проблемы детерминизма обсуждались веками. Однако дискуссия была несколько академичной, так как мы были далеки от полного знания научных законов и не представляли себе, как было определено начальное состояние Вселенной. Сейчас эти проблемы более актуальны, так как есть возможность в ближайшие двадцать лет создать эту единую теорию. А мы понимаем, что начальное состояние могло установиться само собой на основании научных законов, — это следует из моей личной попытки разобраться с этими проблемами. Я не претендую на особую оригинальность или глубину, но это лучшее, что я могу предложить в данный момент.
Начнем с первой проблемы: как может относительно простая и компактная теория лежать в основе Вселенной, такой сложной, со множеством мелких и незначительных деталей? Ключом к этому служит принцип неопределенности из квантовой механики, утверждающий, что нельзя точно измерить и положение частицы, и ее скорость: чем точнее измеряешь положение, тем менее точно можешь измерить скорость, и наоборот. Но в самой ранней Вселенной все было очень близко друг к другу, поэтому существовала огромная степень неопределенности и множество возможных состояний Вселенной. Эти различные возможные ранние состояния разовьются в семейство различных историй Вселенной. Большинство из них в своих основных чертах будут схожи. Они будут соотноситься с единой и ровной расширяющейся Вселенной. Однако они будут различаться такими деталями, как распределение звезд, и более того — такими, как обложки журналов (если, конечно, в тех историях будут журналы). Таким образом, сложность Вселенной вокруг нас и ее детали возникают из принципа неопределенности на ранних стадиях. Это дает полное семейство возможных историй, в которых нацисты победили во Второй мировой войне, хотя такая вероятность и мала. Но мы чисто случайно попали в историю, где войну выиграли союзники и на обложке журнала «Космополитен» изображена Мадонна.
Теперь я вернусь ко второй проблеме: если все наши действия предопределены некой великой единой теорией, почему теория предопределила, что мы придем к правильному, а не к ложному заключению о ней самой? Почему все, что мы говорим, должно быть здравым? Мой ответ основывается на идее Дарвина о естественном отборе. Я понимаю ее так: некоторые самые примитивные формы жизни возникли на Земле самопроизвольно из-за случайного сочетания атомов; эта ранняя форма жизни, вероятно, была просто большой молекулой, и, вероятно, это была не ДНК, так как шансы случайно образовать целую молекулу ДНК весьма малы.
Ранняя форма жизни должна была воспроизводить себя. Из квантового принципа неопределенности и хаотичного теплового движения атомов следует, что в воспроизведении возникало множество отклонений. Большинство из этих отклонений оказались роковыми для выживания организма и его способности дать потомство. Такие отклонения не передались в последующие поколения, а их носители вымерли. Очень немногие отклонения оказались удачными — чисто случайно. Организмы с такими ошибками имели больше шансов выжить и дать потомство. Таким образом, они могли заменить первоначальные, не усовершенствованные организмы.
Развитие двуспиральной структуры ДНК могло оказаться таким усовершенствованием на ранних стадиях. Вероятно, оно оказалось таким успешным, что полностью вытеснило все более ранние формы жизни, каковы бы они ни были. По мере эволюции развилась центральная нервная система. Существа, правильно осознававшие значение данных, предоставляемых органами чувств, и предпринимавшие соответствующие действия, имели больше шансов выжить и дать потомство. Человек вывел это свойство на новый уровень. Мы очень похожи на приматов и телом, и нашей ДНК, но небольшое отклонение нашей ДНК дало нам возможность развить язык общения. Вследствие этого мы смогли передавать информацию и накапливать опыт из поколения в поколение в устной, а потом и в письменной форме. До того опыт мог передаваться только медленным процессом кодирования в ДНК через случайные отклонения в воспроизведении потомства. Эффектом оказалось драматическое ускорение эволюции. Чтобы создать человека, понадобилось более трех миллиардов лет. Но в течение последних десяти тысяч лет мы создали письменность. Это позволило нам развиться из обитателей пещер до того состояния, когда мы ставим вопрос об окончательной теории Вселенной.
Последние десять тысяч лет процесс биологической эволюции шел очень медленно, и значительного изменения человеческой ДНК не было. Стало быть, наш ум, наша способность делать правильные заключения из информации, поступающей от органов чувств, должны датироваться периодом нашего обитания в пещерах или еще более ранним. Это свойство отбиралось на основе нашей способности убивать определенных животных для еды и не быть убитыми другими животными. Замечательно, что это свойство ума, отобранное для указанных целей, дало нам преимущество в самых разнообразных обстоятельствах нынешнего времени. Вероятно, ответ на вопрос о детерминизме и построение великой единой теории не дадут нам большого преимущества для выживания. Тем не менее ум, который мы развили по другим причинам, может гарантировать, что мы найдем правильные ответы на эти вопросы.
Теперь я вернусь к третьей проблеме — к вопросу свободной воли и ответственности за свои поступки. Мы субъективно чувствуем, что у нас есть способность выбирать, кем быть и что делать. Но это может быть всего лишь иллюзией. Некоторые считают себя Иисусом Христом или Наполеоном, но все они не могут быть правы. Что нам нужно, так это объективный тест, приложимый со стороны, чтобы определить, имеет ли организм свободную волю. Предположим, нас навестило «маленькое зеленое существо» с другой звезды. Как мы можем определить, имеет оно свободную волю или это просто робот, запрограммированный реагировать так же, как и мы?
Окончательный объективный тест на свободу воли будет примерно таким: можно ли предсказать поведение организма? Если можно, то ясно, что он не имеет свободной воли, а его поведение предопределено. А если предсказать его поведение нельзя, это можно взять за рабочее определение признака, что организм имеет свободную волю.
Такому определению свободной воли можно возразить на том основании, что когда мы найдем полную единую теорию, то сможем предсказать все поступки человека. Однако человеческий мозг тоже подвержен принципу неопределенности. Значит, в человеческом поведении существует элемент случайности, ассоциирующийся с квантовой механикой. Но энергии мозга низки, так что неопределенность из квантовой механики в этом случае оказывается мала. Истинная причина невозможности предсказать человеческое поведение состоит в том, что это слишком трудно. Мы уже знаем основные физические законы, управляющие активностью мозга, и они сравнительно просты. Но уравнения, в которых более чем одна-две частицы, решить слишком сложно. Даже в более простой Ньютоновой теории гравитации можно точно решить уравнения только для случая двух частиц. Для трех и более приходится прибегать к аппроксимациям, и с увеличением числа частиц трудности резко возрастают. Человеческий мозг содержит около 10^26, или сто миллионов миллиардов миллиардов, частиц. Это слишком много, чтобы мы смогли когда-нибудь решить уравнения и предсказать, как мозг поведет себя, учитывая, что в эти уравнения входят и начальное состояние, и данные, поступающие от нервов. В действительности мы не можем даже измерить, каково было начальное состояние, так как, чтобы сделать это, нам пришлось бы расчленить мозг. И даже если бы мы были готовы на это, частиц окажется слишком много, чтобы учесть их. К тому же мозг, вероятно, очень чувствителен к начальному состоянию — небольшое изменение в нем может привести к большому изменению в последующем поведении. Поэтому, хотя нам известны управляющие мозгом фундаментальные уравнения, мы совершенно не способны использовать их для предсказания человеческого поведения.
Такая же ситуация возникает в науке, когда мы имеем дело с макроскопическими системами, потому что число частиц всегда слишком велико, чтобы мы могли иметь хоть какой-то шанс решить фундаментальные уравнения. Что мы делаем вместо этого? Пользуемся рабочими теориями. Они являются приближениями, в которых очень большое число частиц заменяется несколькими величинами. Примером может служить гидродинамика. Жидкость вроде воды состоит из миллиардов миллиардов молекул, которые, в свою очередь, состоят из электронов, протонов и нейтронов. И все же это хорошее приближение — рассматривать жидкость как непрерывную среду, характеризуемую только скоростью, плотностью и температурой. Предсказания гидродинамики не точны — чтобы понять это, нужно хотя бы послушать прогнозы погоды, — но они достаточно хороши, чтобы проектировать корабли и трубопроводы.
