Parallel worlds ajourney through / creation, higher dimensions, and the future of the cosmos
Скачать 5.16 Mb.
|
Детерминизм или неопределенность? Квантовая теория является самой успешной физической теорией всех времен. Совершенной формулировкой квантовой теории является Стандартная модель, в которой представлены плоды деся- тилетий экспериментов с ускорителями частиц. Некоторые части этой теории были проверены с точностью до миллиардных долей. Если включить сюда массу нейтрино, то Стандартная модель соот- ветствует всем экспериментам с субатомными частицами без ис- ключения. Но независимо от того, насколько успешна квантовая теория, экспериментально она основана на постулатах, вызвавших целую бурю философских и теологических споров на протяжении по- следних 80 лет. В частности, второй постулат вызвал гнев церкви, поскольку в нем содержится вопрос о том, кто решает наши судьбы. На протяжении веков философов, теологов и ученых волновало будущее, а также вопрос, возможно ли каким-либо образом узнать об ожидающих нас судьбах. В шекспировском «Макбете» Банко, отчаявшись приподнять завесу, скрывающую будущее, произносит памятные строки: Когда ваш взор, в посев времен проникнув, Грядущих всходов зерна различит. Скажите мне! (Акт 1, Сцена 3*) * Перев. С. М. Соловьева. Шекспир написал эти слова в 1606 году. 80 лет спустя еще один англичанин, Исаак Ньютон, имел дерзость заявить, что ему известен ответ на этот древний вопрос. И Ньютон, и Эйнштейн верили в концепцию, называемую детерминизмом, которая утверждает, что все грядущие события могут быть определены в принципе. С точки зрения Ньютона, Вселенная представляла собой гигантские часы, которые Бог завел в начале времен. С тех пор они тикают, подчиняясь трем законам механики самым предсказуемым образом. Французский математик Пьер Симон де Лаплас, который был ученым советником Наполеона, писал, что, используя законы Ньютона, можно предска- зать будущее с той же точностью, с которой мы рассматриваем наше прошлое. Он написал, что если бы существо могло знать положение и скорость всех частиц во Вселенной, то «для такого интеллекта ничто не было бы неопределенным и будущее, как и наше прошлое, пред- стало бы перед нашими глазами». Когда Лаплас подарил Наполеону экземпляр своего шедевра, «Небесной механики», император за- метил: «Вы написали эту огромную работу о небесах и ни разу не упомянули Бога». Лаплас отвечал: «Сир, у меня не было нужды в этой гипотезе». Для Ньютона и Эйнштейна понятие свободной воли, того, что мы хозяева собственной судьбы, было лишь иллюзией. Это банальное понятие реальности, где конкретные объекты, до которых мы можем дотронуться, реальны и существуют в определенных состояниях, Эйнштейн назвал «объективной реальностью». Он в высшей степе- ни ясно изложил свою позицию в нижеследующем отрывке: Я детерминист, вынужденный действовать таким образом, будто свободная воля существует, поскольку если я хочу жить в цивилизованном обществе, то мне необходимо действовать соот- ветственно. Я знаю, что с философской точки зрения на убийце не лежит ответственность за его преступления, но я бы не стал рас- пивать с ним чай. Мою карьеру определили различные силы, над которыми я не властен, в первую очередь те загадочные железы, в которых природа готовит самую сущность жизни. Генри Форд может назвать это своим Внутренним Голосом, Сократ определил это как своего демона: каждый человек по-своему объясняет тот факт, что человеческая воля не свободна... Все определено... сила- ми, над которыми мы не властны... в равной степени для насекомо- го и для звезды. Человеческие существа, овощи или космическая пыль — все мы танцуем под загадочное время, модулируемое где- то невидимым исполнителем. Теологи также боролись с этим вопросом. Большинство мировых религий верит в какую-то форму предопределенности, идею о том, что Бог не только всемогущ и вездесущ, но также всезнающ (ему из- вестно все, даже будущее). В некоторых религиях это означает, что Богу известно, отправимся мы в ад или в рай, еще до нашего рожде- ния. По сути, где-то на небесах существует «книга судеб», где пере- числены все наши имена, даты рождения, наши провалы и триумфы, радости и поражения, даже даты смерти и будем ли мы жить в раю или будем осуждены на вечные муки. (Этот тонкий теологический вопрос предопределенности ча- стично способствовал расколу католической церкви в 1517 году, когда Мартин Лютер приколол 95 тезисов на дверях церкви в Виттен- берге. В этом документе он критиковал практику продажи церковью индульгенций — в сущности, взяток, которые мостили дорогу в рай богатым. Казалось, Лютер говорил, что, возможно, Богу известно наше будущее наперед и наши судьбы предопределены, но Бога нель- зя убедить поменять свое решение, сделав щедрое пожертвование на нужды церкви.) Но для физиков, принимающих концепцию неопределен- ности, наиболее противоречивым постулатом является третий, причина головной боли целых поколений физиков и философов. «Наблюдение» — это неопределенный слабовыраженный концепт. Более того, он полагается на тот факт, что в действительности суще- ствуют два типа физики: одна для причудливого субатомного мира, где электроны, видимо, могут находиться в двух местах одновремен- но, и вторая — для макроскопического мира, в котором мы живем и который, видимо, подчиняется законам Ньютона, основанным на здравом смысле. По Бору, существует невидимая «стена», отделяющая мир атомов от обыденного знакомого макроскопического мира. В то время как в мире атомов действуют причудливые правила квантовой теории, мы живем с другой стороны стены, в мире четко определенных планет и звезд, где волны уже коллапсировали. Уилеру, которому преподавали квантовую механику сами ее соз- датели, нравилось суммировать взгляды представителей этих двух школ. Он приводит пример трех судей на бейсбольном матче, ко- торые обсуждают тончайшие правила игры. Вынося решение, трое судей говорят: Первый: Я называю их так, как вижу. Второй: Я называю их тем, чем они являются. Третий: Они — ничто до тех пор, пока я не назову их. Для Уилера второй судья — это Эйнштейн, который верил в cyj ществование абсолютной реальности за пределами человеческого опыта. Эйнштейн называет это «объективной реальностью», то есть идеей, согласно которой объекты могут существовать в различных состояниях без вмешательства человека. Третий судья — это Бор, который считал, что реальность существует только после того, как имело место наблюдение. Деревья в лесу Физики иногда относятся к философам с некоторым пренебреже- нием, цитируя римлянина Цицерона, который когда-то сказал: «Не существует ничего абсурдного настолько, чтобы философы этого не произнесли». Математик Станислав Улам, который с пессимизмом относился к тому, что глупейшим концептам присваивались воз- вышенные имена, однажды сказал: «Безумие — это способность проводить четкие грани между различными видами вздора». Сам Эйнштейн однажды сказал по поводу философии: «Разве не похоже, что вся философия будто написана на меду? При созерцании она смотрится чудесно, но взглянув снова, вы видите, что все исчезло. Остается только густая масса». Физики также любят рассказывать апокрифическую историю о некоем ректоре университета, который пришел в ярость, увидев фи- нансовую смету для физического, математического и философского факультетов. Он сказал: «Почему это физикам все время нужно столько дорогостоящего оборудования? Вот смотрите, для матема- тического факультета нужны деньги только на бумагу, карандаши и корзины для бумаг, а что касается факультета философии, так там дело обстоит еще лучше. Им даже не нужны корзины для бумаг». Однако может случиться так, что смеяться последними будут все же философы. Квантовая теория не завершена и покоится на шатком философском основании. Эти квантовые расхождения требуют пересмотра работ таких философов, как епископ Беркли, который в XVIII веке заявил, что объекты существуют только потому, что есть люди, которые на них смотрят; такое философское течение на- зывается солипсизмом или идеализмом. Если в лесу падает дерево, но нет никого, кто бы это увидел, то в действительности оно не падает, заявляют приверженцы такого подхода. Теперь мы имеем дело с квантовой реинтерпретацией деревьев, падающих в лесу. До того как совершается акт наблюдения, вы не знаете, упало дерево или нет. В сущности, дерево существует во всех возможных состояниях одновременно: оно может быть сожжено, свалено, распилено на дрова и опилки и так далее. Когда происходит наблюдение, дерево внезапно попадает в определенное состояние, и мы видим, что оно, к примеру, упало. Сравнивая философские трудности теории относительности и квантовой теории, Фейнман однажды заметил: «Было время, когда в газетах писали, что всего лишь двенадцать человек понимают теорию относительности. Я не верю, что такое время было... С другой сторо- ны, думаю, не ошибусь, если скажу, что никто не понимает квантовую механику». Он пишет, что квантовая механика «описывает природу как нелепицу с точки зрения здравого смысла. И это полностью со- гласуется с экспериментальной базой. Так что, я надеюсь, вы можете принимать природу такой, какая она есть, — нелепой». Это вызвало чувство неловкости у многих физиков-практиков, которые чувству- ют себя так, будто строят целые миры на зыбучих песках. Стивен Вайнберг пишет: «Я признаю, что есть некоторый дискомфорт в том, что всю жизнь я работаю с теоретической основой, которая никому до конца не понятна». В традиционной науке наблюдатель пытается оставаться, глядя на мир, настолько беспристрастным, насколько это возможно. (Как сказал один остряк, «Вы всегда можете вычислить ученого в стрип- клубе, поскольку он один смотрит не на подиум, а на публику».) Но сейчас мы впервые видим, что невозможно разделить наблюдателя и предмет его наблюдения. Как однажды заметил Макс Планк, «Наука не может окончательно разрешить загадку Природы. Причина за- ключена в том, что в конечном счете мы сами часть той загадки, кото- рую пытаемся разрешить». Проблема кота Эрвин Шрёдингер, который, собственно, и ввел волновое уравнение, • считал, что все это зашло слишком далеко. Он признался Бору, что ] сожалеет о том, что вообще ввел понятие волны, раз за ним в физику проник концепт вероятности. Чтобы уничтожить идею вероятностей, он предложил следующий эксперимент. Представьте, что в ящике сидит кот. Внутри также нахо- дится бутылка с ядовитым газом, соединенная с молотом, который, в свою очередь, соединен со счетчиком Гейгера, помещенным рядом с куском урана. Никто не станет оспаривать тот факт, что радиоак- тивный распад атома урана — чисто квантовое событие, которое не может быть предсказано наперед. Пусть существует 50-процентная вероятность того, что распад начнется в следующую секунду. Но если начнется распад атома урана, то запустится счетчик Гейгера, который освободит молот, который разобьет бутылку, что станет причиной смерти кота. До того как вы откроете коробку, нельзя сказать, жив кот или мертв. В сущности, для того, чтобы описать кота, физики добав- ляют волновую функцию к мертвому коту и живому коту — то есть мы помещаем кота в жуткое состояние, где он на 50 % жив и на 50 % мертв одновременно. Теперь откроем коробку. Как только мы взглянем внутрь, совер- шится акт наблюдения, произойдет коллапс волновой функции и мы увидим, что кот, к примеру, жив. Шрёдингеру все это казалось глупос- тью. Как может быть кот жив и мертв одновременно только потому, что мы на него не смотрим? Он начинает внезапно существовать, как только мы взглянем на него? Эйнштейну тоже не нравилась такая интерпретация. Когда к нему домой приходили гости, он говорил: посмотрите на луну. Неужели она внезапно начинает существовать, когда на нее взглянет мышь? Эйнштейн считал, что ответ на этот во- прос может быть только отрицательный. Но в каком-то смысле ответ мог быть и утвердительным. История эта достигла апогея в историческом столкновении Эйнштейна и Бора на Сольвеевском конгрессе в 1930 году. Позднее Уилер заметит, что это был величайший известный ему спор в истории мысли. Он скажет, что за тридцать лет он никогда не слы- шал спора двух более великих людей по более глубокому вопросу, который имел бы более серьезные последствия для понимания Вселенной. Эйнштейн, неизменно отважный, дерзкий и в высшей степени красноречивый, предложил ряд «мысленных экспериментов», на- правленных на разрушение квантовой теории. Бор, беспрерывно бормотавший, после каждой атаки понемногу сдавал свои позиции. Физик Поль Эренфест заметил: «Замечательно, что я был свидете- лем диалогов между Бором и Эйнштейном, будто шахматист, стал- кивающийся все с новыми и новыми ситуациями. Как некий вечный двигатель, намеренный прорвать завесу неопределенности, Бор все время выискивал в облаке философии средства опровергнуть примеры один за другим. Эйнштейн был каждое утро свеж, будто чертик, выскакивающий из коробочки. О, это было прекрасно. Но я практически безоговорочно за Бора и против Эйнштейна. Сегодня он ведет себя по отношению к Бору точно так же, как чемпионы абсолютной одновременности вели себя по отношению к нему са- мому». Наконец Эйнштейн предложил эксперимент, который, по его мнению, должен был нанести завершающий удар по квантовой те- ории. Представьте, что в коробочке содержатся фотоны в виде газа. Если в коробке есть затвор-диафрагма, то оттуда может вылететь один фотон. Раз можно точно измерить скорость затвора, а также энергию фотона, то таким образом можно определить состояние фотона с бесконечной точностью, что противоречит принципу не- определенности. Эренфест писал: «Для Бора это оказалось тяжким ударом. На тот момент он не видел решения. Он был очень расстроен весь вечер, ходил от одного к другому, пытаясь убедить всех, что это не может быть правдой, потому что если Эйнштейн прав, то это ознаменовало бы конец физики как таковой. Но он никак не мог придумать опро- вержение. Я никогда не забуду зрелище, которое являли собой два оппонента, покидая университетский клуб. Эйнштейн, величествен- ная фигура, спокойно шагал с легкой иронической улыбкой, а Бор семенил рядом с ним, чрезвычайно расстроенный». Когда несколько позже Эренфест встретил Бора, тот был неразго- ворчив; он только снова и снова повторял одно слово: «Эйнштейн... Эйнштейн... Эйнштейн». На следующий день, после напряженной бессонной ночи, Бор смог найти крошечный изъян в аргументах Эйнштейна. После испу- скания фотона коробка становилась чуть легче, поскольку вещество и энергия были эквивалентны. Это означало, что коробка чуть полни» малась под действием силы гравитации, поскольку, согласно теории гравитации самого Эйнштейна, энергия также обладала весом. Если вычислить неопределенность в весе и неопределенность в скорости затвора, то обнаруживалось, что коробка в точности повиновалась принципу неопределенности. По сути, Бор воспользовался теорией гравитации Эйнштейна, чтобы аргументы Эйнштейна же опроверг-, нуть! Бор победил, Эйнштейн потерпел поражение. Говорят, что, когда позднее Эйнштейн пожаловался, что «Бог не играет в црстн с миром», Бор ему ответил: «Не нам указывать Богу, что Ему делать». В конечном счете Эйнштейн признал, что Бор успешно опроверг его аргументы. Эйнштейн написал: «Я убежден, что в этой теории, несомненно, содержится зерно истины». (Однако Эйнштейн с пренебрежением относился к физикам, которые были не в состоянии оценить тонкие парадоксы, присущие квантовой тео- рии. Однажды он написал: «Конечно, сегодня каждый плут считает, что знает ответ, но он обманывает сам себя».) После этого спора, а также других споров с квантовыми физиками Эйнштейн в конце концов сдался, но он избрал другой подход. Он признал, что квантовая теория верна, но лишь в определенной об- ласти, только в качестве приближенности к истине. Он хотел, чтобы квантовая теория оказалась поглощена более общей и сильной те- орией — теорией поля, подобно тому как теория относительности обобщала (но не уничтожала) теорию Ньютона. (Однако этот спор между Эйнштейном и Шрёдингером с одной стороны и Бором и Гейзенбергом с другой нельзя так просто сбра- сывать со счетов, поскольку все эти «мысленные эксперименты» теперь осуществимы в лабораториях. Хотя ученые не могут добиться того, чтобы кот был одновременно жив и мертв, они могут управлять отдельными атомами при помощи нанотехнологий. Недавно эти сложнейшие эксперименты были проведены с наночастицей С60, известной как бакибол (Buckyball), содержащей 60 атомов углерода, а потому воздвигнутая Бором «стена», разделяющая большие объ- екты и квантовые, стремительно разрушается. Физики-эксперимен- таторы сейчас размышляют над тем, что потребовалось бы для. того, чтобы показать, что вирус, состоящий из тысяч атомов, может нахо- диться в двух местах одновременно.) |
Похожие:
 | Parallel worlds ajourney through / creation, higher dimensions, and the future of the cosmos Материалы по результатам диагностики, анкетирования, собеседования с классными руководителями, педагогами доп образования, педагогам-организаторам... | | Для того чтобы правильно выполнить задание 2, необходимо усвоить... Видо-временные формы глагола: а) активный залог – формы Indefinite (Present, Past, Future); формы Continuous (Present, Past, Future);... |
 | Lesson 20 ( period 133) Т: Today you will learn how to say that you will be doing something at a certain time in the future. You will share your plans for... | | Курс, 2 семестр (все специальности университета) Раскройте скобки,... Раскройте скобки, употребляя глаголы в Future Simple, а затем напишите к предложениям вопросительную и отрицательную форму |
| Margarita bershadskaya, research university higher school of economics | | Forms of realization and legal adjusting of constitutional freedom of creation «философские проблемы конкретных дисциплин» Часть I. федерального комплекса цикла дс |
| Historical digression creation of mmwt kovert technology Программа отборочного этапа конкурса на получение подрядов на выполнение проектных и строительных работ | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Выставка «yves saint laurent – 40 ans de création». Petit Palais, Musée des Beaux-Arts de Paris |
| Psychological mechanisms of rolegram of the professor of a higher... В статье предпринята попытка определить и раскрыть механизмы формирования ролевого репертуара преподавателя высшей педагогической... | | Тема: Future Муниципальное общеобразовательное учреждение — основная общеобразовательная школа №3 города Асино |
| Проблемы интеллектуального развития The Higher academic education... Гость классного часа доцент Нина Антоновна Арнаутова, по образованию и роду занятий теплофизик, теперь преподающий экологию | | Professional Education "National Research University Higher School of Economics" Оп – образовательная программа (совокупность всех дисциплин учебного плана и текущего и итогового контроля и других видов учебной... |
| National Research University Higher School of Economics Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика... | | 1. Раскройте скобки, употребляя глаголы в Future Simple, а затем... Раскройте скобки, употребляя глаголы в Future Simple, а затем напишите к предложениям вопросительную и отрицательную форму |
| Урока : практическая : систематизировать лексику по теме «There are a lot of things I can be». What do you think we’ll speak about? Yes, it’s about your future jobs. It’s very important... | | 1. Future Способы выражения будущего времени Будущее действие, процесс или состояние, можно пере дать следующими временными формами |
