Представляется весьма странным, что вывод, к которому пришли Больцман и последовавшие за ним физики, — о том, что необратимость обусловлена только нашим приближенным макроскопическим описанием обратимой во времени реальности, — не вызвал кризиса в западной науке. Контраст с последовавшей через несколько лет реакцией на теорию относительности Эйнштейна поистине поразительный. В то время как достижения Эйнштейна были восприняты как выдающееся культурное событие, отзвуки работ Больцмана были едва слышны среди физиков. Контраст тем более разителен, что теория относительности Эйнштейна опрокинула понятие абсолютной одновременности двух событий, разделенных большим пространственным интервалом, — понятие, имеющее для жизни человека далеко не первостепенное значение. В отличие от этого, проблема различия между прошлым и будущим, поднятая Больцманом, принадлежит к числу тех, корни которых глубоко уходят в опыт нашей повседневной жизни.
По крайней мере одна из причин столь резкого контраста в оценке Эйнштейна и Больцмана заключается в том, что “провал” Больцмана ретроспективно представляется не как “переворот” в нашей концепции времени, а лишь как формулировка в явном виде чего-то такого, что всегда неявно подразумевалось динамикой. Критикуя классическую науку, Бергсон даже не упоминает Больцмана.
Интересно расширить рамки затронутой нами проблемы. Мы уже говорили о том, что Больцман вопреки своему глубокому убеждению в эволюционном характере развития природы сохранил верность традиции динамики. Поэтому для него и для его последователей динамика была не просто одним из языков науки
среди прочих. Динамика обладала достаточно высоким престижем, чтобы презреть данность времени, данность, возникающую и из нашего субъективного опыта, и почти из всех явлений, наблюдаемых вокруг нас.
|
|
История физики неотделима от “идеологических” суждений и актов выбора, которые направляли ее развитие. Выбор Больцмана наводит на размышления о роли физики в нашей культуре, о том необычайно важном значении, которое придавали физике со времен Галилея и Ньютона.
Ни у кого не вызывает удивления, что история геологии, биологии или астрономии складывалась под влиянием взаимосвязи между этими науками и тем, что в религии принято называть откровением. Положение Земли в мироздании, внешний вид живых существ, самое тождество рода человеческого, прежде чем стать объектами научного исследования, интерпретировались в терминах деятельности Бога-Творца. Однако нельзя не удивляться тому, что даже проблемы сугубо специального характера, например, вопрос о том, можно ли объяснить столкновения между двумя телами в терминах их упругости или, если угодно, их “твердости”, обсуждались со ссылкой на всемогущество Божье или свободу воли человека.
Между тем именно такой подход отчетливо прослеживается в знаменитой переписке между философом Лейбницем и теологом Кларком, выступавшим выразителем взглядов Ньютона. Эта переписка1, начавшаяся в 1715 г. и закончившаяся только со смертью Лейбница, сводит воедино области, которые для любого серьезного эпистемолога строго обособлены. В переписке затрагивается множество областей знания. Политология: какой монарх наилучший? Тот, чьи подданные достаточно дисциплинированы для того, чтобы его вмешательство в их дела было излишним, или, наоборот, тот, кто непрерывно вмешивается в дела своих подданных? Теология: как надлежит понимать чудеса? Как нам отличить прямое вмешательство Бога в наш мир от событий, непосредственно следующих из Его первоначального акта творения? Этика: свободен ли акт, совершенный без какого-либо мотива, или, наоборот, он всегда следует самой сильной нашей наклонности даже в тех случаях, когда мы этого не сознаем? Космология: в каком смысле космическое пространство бесконечно? Был ли мир сотворен в некий заданный момент времени или время ограничено существованием мира? Физика: убывает ли живая сила (то, что
|
|
1 Leibniz — Clarke Correspondence. Ed. H.G.Alexander. — Manchester, 1956.
сегодня мы называем механической энергией) без вмешательства Бога, или она сохраняется в любом естественном процессе? Уничтожается ли живая сила при столкновении мягких тел, которые теряют свои скорости, или умаление живой силы не более чем кажимость, а в действительности она распределяется между мельчайшими невидимыми частицами сталкивающихся тел? Таковы лишь некоторые вопросы, затронутые в переписке между Лейбницем и Кларком. Как подчеркивали ее участники, полемика между ними все время происходила по поводу одного и того же вопроса: о границах применимости и обоснованности “принципа достаточного основания”, о котором мы уже упоминали в гл. 1 (разд. 2). По мнению Лейбница, принцип достаточного основания был универсален, тогда как Кларк считал, что этот принцип применим только к механической передаче движения (и, например, неприменим к ускорению, создаваемому ньютоновскими силами).
|
|
Читая переписку Лейбница и Кларка, мы с удивлением обнаруживаем, до какой степени Ньютон, тщательно следивший за тем, как Кларк излагает его идеи, не был “ньютонианцем”. То, что мы сегодня называем “ньютонианским видением” (или “ньютонианской картиной”) мира, отстаивал Лейбниц. Ньютон же через Кларка утверждал, что каждое спонтанное действие человека или какого-нибудь другого живого существа привносит в наш мир новое движение, необъяснимое в терминах сохранения причин в их действиях1. Лейбниц говорит о мире, находящемся в “вечном движении”, о мире, в котором причины и следствия нескончаемо порождают друг друга.
По его мнению, Вселенная с момента творения не получала более “нового движения”, когда одно тело “приобретает” живую силу, другое тело “теряет” ее. В отличие от Лейбница, Ньютон и Кларк говорят о природе как о “вечном работнике”. Они описывают природу как приводимую в движение трансцендентной силой: силы взаимодействия не подчиняются закону сохранения, а выражают непрекращающееся действие Бога, Творца этого мира, чью активность Он непрестанно направляет и поддерживает.
Некоторые из проблем, обсуждавшихся Лейбницем и Ньютоном, были не новы. В частности, идея “лучшего из миров”, из которой следовала бесконечность и неподвижность Вселенной,
1 Анализ ньютонианской концепции силы как выражения принципа деятельности, не сводимого к механике, см. в работе: Me Mullin E. Newton on Matter and Activity. — Notre Dame, Indiana: University of Notre Dame Press, 1978.
уходит своими корнями в далекое прошлое. Например, у Джордано Бруно мы находим: “Итак, Вселенная едина, бесконечна, неподвижна... Она не движется в пространстве... Она не рождается... Она не уничтожается... Она не может уменьшаться или увеличиваться...” 1
Вселенная Бруно описывается через отрицания: ничто, способное воздействовать на конечное, не может воздействовать на вселенную. В противоположность этому, и здесь кроется главная новация, Лейбниц и Кларк строят свои аргументы вокруг Бога и вселенной на основе мысленных экспериментов. Их интересует, например, такой вопрос: мог бы наблюдатель, обладающий более острыми чувствами, чем мы, обнаружить в мельчайших частицах тел движение, которое представляется нам утраченным при неупругом столкновении? Это знаменует появление новой особенности. Даже теперь многие научные спорные вопросы могут быть прослежены до античности. Как целое относится к своим частям? Являются ли пространство и время бесконечно делимыми? Является ли пространство и время бесконечно делимыми? Является ли Вселенная исторической или вечной сущностью?2 Но переписка между Кларком и Лейбницем, пожалуй, первый пример того, как метафизические и научные дискуссии совместными усилиями не только придали философский смысл научным утверждениям, но и превратили чисто философские в прошлом вопросы в “технические” естественнонаучные аргументы. Возможность измерения, эксперимента, даже если речь идет лишь о мысленном эксперименте, может поставить под вопрос самые широкие и амбициозные интеллектуальные схемы. Если столкновения приводят к “потере” живой силы, то живая сила должна вновь и вновь порождаться в природе, как подчеркивают Ньютон и Кларк в своей полемике с Лейбницем. Если в мысленном эксперименте мы обращаем скорости молекул газа и не можем избежать заключения, что такое обращение скоростей заставит газ вернуться в свое прошлое, то стрела времени, как был вынужден признать Больцман, — не более чем
1 Bruno G. De la Causa, Principio et Uno. Ed. Giovanni Aquilecchia. — Turin: Glulio Einaudi, 1973. [Русский перевод: Бруно Дж. О причине,начале и едином. Диалог пятый. — В кн.: Бруно Дж. Диалоги. / Под ред. и вступительная статья М.А.Дынника. — М.: Госполитиздат, 1949.) См. также: Leclerc I. The Nature of Physical Existence. — L.: Georqe, Alien & Unwin, 1972.
2 См. прекрасные книги Самбурского: Sambursky S. The Physical World of the Greeks, Physics of the Stoics, The Physical World of Late Antiquity. — Princeton: Princeton University.
иллюзия. Если бы Эйнштейн около шестидесяти лет назад смог возразить Бору с помощью мысленного эксперимента, в котором положение и скорость частицы могли быть измерены одновременно, структура квантовой физики и ее философские последствия могли бы подвергнуться радикальному пересмотру.
Наше наследие
Макс Джеммер сравнил дискуссию между Бором и Эйнштейном с перепиской Лейбница и Кларка: “В обоих случаях это было столкновение диаметрально противоположных философских взглядов на фундаментальные проблемы физики; в обоих случаях это было столкновение между двумя величайшими умами своего времени; и, подобно тому как знаменитая переписка Кларка и Лейбница (1715—1716) — “peut etre le plus beau monument que nous avons des combats littеraires” [возможно, самый прекрасный из памятников литературных баталий, которыми мы располагаем (Вольтер)] — была лишь одним из проявлений глубокого расхождения во мнениях между Ньютоном и Лейбницем, дискуссии между Бором и Эйнштейном в холлах брюссельского отеля “Метрополь” были лишь отблеском дебатов, которые продолжались многие годы, хотя и не в форме прямого диалога. Даже после смерти Эйнштейна (последовавшей 18 апреля 1955 г.) Бор неоднократно признавался, что продолжал мысленно спорить с Эйнштейном, и всякий раз, когда ему случалось столкнуться с какой-нибудь фундаментальной физической проблемой, он спрашивал себя, что бы подумал по этому поводу Эйнштейн. Последнее, что было начертано рукой Бора на доске в его кабинете во дворце Карлсберг вечером накануне смерти (последовавшей 18 ноября 1962 г.), был чертеж эйнштейновского фотонного ящика, который имел непосредственное отношение к одной из главных проблем, затронутых в дискуссиях Бора с Эйнштейном”1.
Часто спрашивают о культурных и философских влияниях, которые наложили свой отпечаток на мышление Эйнштейна и Бора и могли бы в какой-то мере объяснить расхождения в их взглядах. Но сколь бы глубоки ни были эти расхождения, гораздо большее значение имеет то, что объединяло Эйнштейна и Бора. Подлинная страстность, которая так оживляла их дискуссии, эмоциональная и интеллектуальная значимость для них доступа к
1 Jammer М. The Philosophy of Quantum Mechanics. — N.Y.: Wiley-Interscience Publ., 1974, p. 120-121.
реальности, предоставляемого физикой, делают их истинными наследниками нашей западной научной традиции. Западная наука развивалась не только как интеллектуальная игра или в ответ на запросы практики, но и как страстный поиск истины. Какие бы эпистемологические предосторожности ни приходилось принимать всякий раз, когда речь заходит об “истине”, какие бы другие факторы ни вмешивались в развитие науки (стремление к власти, престиж и т.д.), один исторический факт остается неизменным: западная наука никогда не стала бы тем, что она есть, если бы в основе ее не лежало глубокое убеждение, что именно она ставит перед нами проблему постижимости мира человеческим разумом. Несмотря на противоположные взгляды на природу квантовой реальности, Бор и Эйнштейн принадлежали одной культуре. Принятие этой культурной традиции (которую разделяем и мы в этой книге), вызов, который она бросает науке, и подразумеваемая ею тесная взаимосвязь между естествознанием и философией отнюдь не означает, что эта традиция обладает превосходством перед другими традициями, а лишь выражает своеобразие нашей собственной культуры.
Что же в таком случае означает “понять” мир? В своих мемуарах Гейзенберг вспоминает, как однажды он вместе с Бором отправился на экскурсию в замок Кронберг, и приводит размышления Бора: “Разве не странно, что этот замок меняется, стоит лишь представить себе, что в этих стенах некогда жил Гамлет? Как ученые, мы знаем, что замок состоит только из камней, и восхищаемся тем, как архитектор сложил их. Эти камни, потемневшая от времени зеленая крыша, резьба по дереву в церкви — вот и весь замок. Ничто из этого не должно меняться от того, что Гамлет жил здесь, а между тем все совершенно меняется... О Гамлете нам достоверно известно только то, что его имя встречается в хронике ХШ века... Но всякий знает, какие вопросы Шекспир вложил в уста Гамлета, какие глубины человеческого духа продемонстрировал на его примере и т.д., и в результате Гамлет обрел свое место на земле здесь, в Кронберге”1.
Размышления Бора перед замком Кронберг отражают лейтмотив всей его научной жизни: неотделимость проблемы реальности от проблемы человеческого существования. Что означал бы замок Кронберг независимо от задаваемых нами вопросов? Камни Кронберга могли бы поведать нам о молекулах, из которых они состоят, о геологических напластованиях, из которых
1 Heisenberg W. Physics and Beyond: Encounters and Conversations. — N.Y.: Harper Torchbooks, 1972, p. 51. Русский перевод: Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. — М.: Наука, 1989, с. 181.
они были извлечены, быть может, об ископаемых, отпечатки которых они содержат, о культурных традициях, оказавших влияние на архитектора, который построил замок, или о вопросах, не дававших Гамлету покоя до самой смерти. Каждая из этих проблем законная и иллюстрирует плюралистическую природу реальности.
Самые четкие формулировки разногласий между двумя концепциями истины и объективности, лежащими в основе дискуссий между Эйнштейном и Бором, мы находим в диалоге между Эйнштейном и индийским поэтом и философом Тагором. В ходе этого диалога Эйнштейн пришел к заключению, что он более “религиозен”, чем его собеседник. В диалоге с Тагором Эйнштейн отстаивал концепцию реальности, которую наука должна описывать независимо от существования человека. Не будь этого идеала, наука была бы лишена для Эйнштейна всякого интереса. В то же время Эйнштейн сознавал, что доказать “сверхчеловеческую” объективность научной истины не удастся никогда. Таким образом, эйнштейновская концепция реальности была основана на некоторой форме религиозной веры, религиозного чувства, исключительную важность которого в своей научной жизни Эйнштейн остро ощущал. С другой стороны, Тагор определяет реальность, к которой стремится истина, будь то истина научная, этическая или философская, как относительную: “Существует реальность бумаги, бесконечно отличная от реальности литературы. Для разума моли, пожирающей бумагу, литература абсолютно не существует, но для разума Человека литература обладает большим истинностным значением, нежели сама бумага. Аналогичным образом, если какая-то истина не имеет чувственного или рационального отношения к человеческому разуму, то она навсегда останется ничем до тех пор, пока мы останемся человеческими существами”1. Таким образом, по Тагору, истину надлежало понимать как открытый диалог, идеал которого состоит не в достижении независимой реальности, а в достижении согласия между “универсальным человеческим разумом” (т.е. совокупностью проблем, интересов и мнений, на которые реагируют или могли бы реагировать человеческие существа) и “индивидуальным” разумом, выражающим ту или иную конкретную точку зрения.
1 Tagore R. The Nature of Reality. Modern Review, Calcutta, 1931, vol. XLIX, p. 42-43. [Русский перевод: А.Эйнштейн. Природа реальности. Беседа с Рабиндранатом Тагором. — В кн.: Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырех томах. — М.: Наука, 1967, т. 4, с. 130-133.]
физика с самого начала стремилась к тому идеалу знания, который описывает Эйнштейн. Как подчеркивал еще Лейбниц, если бы мы могли установить “полную” причину и “полное” следствие, наше знание было бы сравнимо с совершенством знания Богом сотворенного Им мира. Даже в наши дни Рене Том утверждает, что мы не можем избежать обращения к Богу детерминизма, Бору мира, “где нет места для того, что не может быть формализовано”1. Такой метафизический выбор, связывающий науку с поиском реальности, не зависящей от человеческого существования, выражался в многочисленных ссылках на Бога, который согласно Эйнштейну не играет в кости, а согласно Планку знает одновременно положение и скорость частицы, или на демонов, будь то демон Лапласа, способный, исходя из полного описания настоящего Вселенной, вычислить ее прошлое и будущее, или демон Максвелла, способный обратить приближение к равновесию, манипулируя с отдельными молекулами.
Но так ли необходимо продолжать связывать этот метафизический выбор с идеалом научного знания? Почему мы должны видеть единственный возможный источник смысла и истины в иллюзорном облике знания, отрезанного от своих собственных корней? Поэтому мы и движемся в направлении, описанном Тагором. Научная объективность утрачивает смысл, если она в конечном счете объявляет нашу взаимосвязь с миром чем-то призрачным, низведя ее до уровня “чисто субъективной”, “чисто технической” или “чисто инструментальной”. Все наши измерительные устройства, все наши инструменты научной объективности, без которых не было бы физики, позволяют нам сделать вывод о том, что стрела времени существует.
Эйнштейн считал познаваемость мира чудом. Но если эта познаваемость, столь высоко ценимая Эйнштейном, означает отрицание именно того, что делает ее возможной, если выяснение условий, определяющих успех познания мира, приводит нас к приближению, сделанному по “чисто практическим” причинам, то мы имеем дело не с чудом, а с абсурдом!
Новое согласие?
Традиция, наделяющая физику ее интеллектуальной и эмоциональной силой, связана со страстным поиском. Эта традиция не ограничивает нас “истиной”, которая не оставляет нам иного вы-
1 Thorn R. Предисловие к “Опыту философии теории вероятностей” Лапласа. [Laplace. Essai philosophique sur les probabilites], переизданное в коллекции “Episteme” [Paris: Christian Bourgois, 1986, p. 22.]
бора, кроме выбора между верностью и отступничеством. Давнее противостояние между идеалом знания, объективность которого устанавливается полным отсутствием какой бы то ни было ссылки на познающего субъекта, и чисто прагматической концепции знания стало достоянием прошлого.
Как мы уже знаем, Лейбниц выявил исполнителя главной роли в физике своего времени — принцип достаточного основания. Для Лейбница наука, способная всецело руководствоваться принципом достаточного основания, т.е. определять причины и следствия в терминах и эквивалентности, достигла бы идеала, мыслимого в виде конвергенции между человеческим и Божественным знанием. Однако именно Лейбниц показал также, как этот тип идеала может утратить свой смысл.
Представим себе, что Адам не решается надкусить запретное яблоко. Если бы мы знали Адама до грехопадения, то могли бы предсказать, что он поддастся искушению и не подчинится запрету, наложенному Богом? Теперь относительно Адама: если бы он знал себя так же хорошо, как предположительно знаем его мы, то мог бы он предсказать свой поступок? На все эти вопросы Лейбниц дает отрицательные ответы1. Свобода в поступке Адама не может быть сведена к иллюзиям. Разумеется, Бог знал, как поступит Адам, но если это знание недоступно для нас, то не по случайным причинам, — причинам, которые могли бы быть преодолены будущим прогрессом. Мы не в состоянии предсказать выбор Адама, потому что для этого нам был бы необходим доступ к абсолютно полному, т.е. бесконечному, знанию Адама. Сколько бы информации мы ни накопили об Адаме до грехопадения, если эта информация соответствует конечной точности и коль скоро она может быть выражена в числах или словах, мы можем только предсказывать поведение “неопределенного” и “расплывчатого” Адама, которого можно уподобить бесконечному ансамблю Адамов с различными судьбами: одни Адамы совершают грехопадение, тогда как другие противятся искушению. На более современном языке можно было бы сказать, что адекватным описанием Адама было бы вероятностное описание.
Для Лейбница свобода в мире, управляемом достаточным основанием, отнюдь не иллюзия. Свобода по Лейбницу — это выражение различия между знанием и бытием, различия, преодо-
1 На эту тему см. “Теодицею” Лейбница (Leibniz. Theodicy. Ed. E.M.Huggard. — L.: 1952. Русский перевод: Лейбниц. Теодицея. — В кн.: Лейбниц Г.В. Сочинения в четырех томах. — М.: Мысль, 1989, т. 4), а также его “Рассуждение о метафизике (Leibniz. Discourse on Metaphysics, op. cit. Русский перевод: Лейбниц. Рассуждение о метафизике. — В кн.: Лейбниц Г.В. Сочинения в четырех томах — М.: Мысль, 1982, т. 1, с. 125-163).
леть которое может только Бог, ибо Его знание охватывает бесконечность, актуализированную свободой или спонтанностью. Если мы не можем точно определить мотивы нашего действия или считаем, что действовали без какой-либо рациональной мотивации, то это потому, что то, что мы называем мотивами, относится к нашему знанию, к тому, что мы можем мыслить “отчетливо”. Никакой прогресс этого знания не сможет умалить значения нашего живого опыта свободы: мы никогда не достигнем предела бесконечной серии актов определения, проистекающих из нашего индивидуального бытия.
Предложенное Лейбницем толкование человеческой свободы относится к области философии. Ясно, что современная физика не может следовать Лейбницу в онтологической и этической проблематике, с которой он столкнулся, когда утверждал, что даже в мире, управляемом достаточным основанием, мы можем жить свободно и видеть в других также свободных существ, поскольку, как нам известно, ни мы сами, ни кто-нибудь другой не может предсказать, как мы предопределены поступить. Впрочем, интересно отметить, что избранный Лейбницем подход к проблеме свободы вполне применим также и к гораздо менее возвышенным объектам, с которыми ныне имеет дело физика. Открытие неустойчивых динамических систем заново ставит Лейбницеву проблему толкования свободы в мире, управляемом достаточным основанием: для таких систем никакое измерение, с какой бы точностью оно ни производилось, не может помочь нам избежать непредсказуемости и восстановить возможность долгосрочных детерминистических предсказаний. Однако эта научная проблема не устанавливает пределов нашего знания, а ведет к более адекватному описанию — описанию, позволяющему нам включить необратимость и стрелу времени на уровне динамики.
Физика в том виде, как она существует сегодня, все еще делает свои первые шаги к освобождению от идеала умопостигаемости, господствовавшего в классической физике. В частности, ряд неожиданных открытий изменил взгляды физиков на окружающий нас мир и наложил на все уровни физики проблему “становления”. Одним из таких открытий стало открытие сложности и нестабильности элементарных частиц. Отнюдь не достигнув идеала — мира, лишенного времени, мы оказываемся в активном мире, в котором частицы рождаются и уничтожаются, выражая становление даже на самом микроскопическом уровне. Другим открытием стало осознание историчности Вселенной, к которому мы пришли, анализируя факт существования реликтового излучения черного тела, восходящего к рождению Вселен-
ной. Наконец, нельзя не упомянуть и об открытии неравновесных “диссипативных структур”, опрокинувшем догму, которая неизменно связывала возрастание энтропии с беспорядком.
Новые слова, проникшие в науку нашего времени, — “самоорганизация”, “хаос” или “фракталы” — свидетельствуют о новом взгляде на мир. Как мы увидим в следующей части нашей книги, концепция самоорганизации приводит к глубоким изменениям в понимании нашего познавательного отношения к природе. Однако физика все еще колеблется между новым мировоззрением и приверженностью к великим теоретическим построениям далекого и недавнего прошлого — динамике и квантовой механике, носителям традиционного идеала физики.
Как мы видели, характерной приметой союза физики и метафизики всегда была тесная взаимосвязь между концептуальными и “техническими” аргументами. Эта взаимосвязь является неотъемлемой частью творческого развития физики. В начале XX века никто не мог предсказать то значение, которое приобретут в будущем универсальные постоянные с — скорость света и h — постоянная Планка. Лишь через несколько лет физики осознали, что постоянство скорости света влечет за собой важный вывод о невозможности описания мира с единой точки зрения: объективность возможна только как предприятие, в котором участвует множество наблюдателей, движущихся друг относительно друга. Лет через двадцать пять было показано, что постоянная Планка вынуждает нас отказаться от половины предикатов, определяющих частицы в классической физике: имея дело с любым объектом, описываемым квантовой теорией, мы не можем более одновременно приписывать ему и вполне определенное положение, и вполне определенную скорость.
К той же категории принадлежит и описываемая нами в IV части этой книги концептуальная трансформация. И в этом случае “техническая проблема” — динамика неустойчивых хаотических систем — становится исходным пунктом концептуальной инновации, приводящей к переформулировке законов физики в терминах несводимого вероятностного описания. Неустойчивые системы можно рассматривать как своего рода примирение конфликтующих идей Лейбница, с одной стороны, и Кларка и Ньютона — с другой. Динамика, классическая и квантовая, может достичь согласия, распространяющегося на микроскопическую и. макроскопическую физику, но динамика ныне — наука о мире, которой необходимы законы и явления, бытие и становление.
Часть II ВОЗРОЖДЕНИЕ ПАРАДОКСА ВРЕМЕНИ
Глава 3 КАКИМ НАМ ВИДИТСЯ МИР?
Бытие и становление
Последние десятилетия XX века стали свидетелями возрождения парадокса времени. Большинство проблем, обсуждавшихся Лейбницем и Ньютоном, все еще с нами. В частности, проблема новизны. Каким образом мы можем распознать нечто новое, не отрицая его, не сводя к монотонному повторению одного и того же? Жак Моно был первым, кто привлек наше внимание к конфликту между понятием законов природы, игнорирующих эволюцию, и созданием нового. Для Моно возникновение жизни представляет собой статистическое чудо: число, на которое мы поставили, выпало в космической игре случая1. Но в действительности рамки проблемы еще шире. Само существование нашей структурированной Вселенной бросает вызов второму началу термодинамики: как мы уже знаем, по мнению Больцмана, единственное нормальное состояние Вселенной соответствует ее “тепловой смерти”. Все различия между диссипативными процессами, такими как образование звезд или галактик, надлежит понимать лишь как временные флуктуации.
“Сумеем ли мы когда-нибудь преодолеть второе начало?” Этот вопрос люди из поколения в поколение, от цивилизации к цивилизации продолжают задавать гигантскому компьютеру в рассказе Айзака Азимова “Последний вопрос”-. У компьютера нет ответа: “Данные недостаточны”. Проходят миллиарды лет, гаснут звезды, умирают галактики, а компьютер, теперь напря-
1 Monod J. Chance and Necessity. Translated by A.Wainhouse. — N.Y.:Vintage Books, 1971.
2 Рассказ перепечатан в сборнике “Сны роботов”. [Robot Dreams. — N.Y.: Berkley Books, 1986.]
мую связанный с пространством-временем, продолжает сбор данных. Потом новая информация перестает поступать — ничего более не существует, но компьютер продолжает вычислять, открывая все новые и новые корреляции. Наконец, ответ готов. Не осталось никого, кому бы можно было сообщить его, но зато компьютер теперь знает, как преодолеть второе начало. “И стал свет...” [Бытие; 1:3].
Подобно возникновению жизни для Жака Моно, рождение Вселенной воспринимается Азимовым как антиэнтропийное, “противоестественное” событие. Но и описываемая в рассказе Азимова победа знания над законами природы и космическая азартная игра Моно — идеи прошлого. Необходимость считать, будто события, которым мы обязаны своим существованием, чужды “законам природы”, ныне отпала. Законы природы более не противопоставляются идее истинной эволюции, включающей в себя инновации, которые с научной точки зрения должны определяться тремя минимальными требованиями.
Первое требование — необратимость, выражающаяся в нарушении симметрии между прошлым и будущим. Но этого не достаточно. Рассмотрим маятник, колебания которого постепенно затухают, или Луну, период обращения которой вокруг собственной оси все более убывает. Еще одним примером могла бы служить химическая реакция, скорость которой по достижении равновесия обращается в нуль. Такие ситуации не соответствуют истинно эволюционным процессам.
Второе требование — необходимость введения понятия “событие”. По самому своему определению события не могут быть выведены из детерминистического закона, будь он обратимым во времени или необратимым: событие, как бы мы его ни трактовали, означает, что происходящее не обязательно должно происходить. Следовательно, в лучшем случае мы можем надеяться на описание события в терминах вероятностей, причем вероятностный характер нашего подхода обусловлен отнюдь не неполнотой нашего знания, но и вероятностного описания оказывается недостаточно. История стоит того, чтобы о ней поведать, только в том случае, если хотя бы некоторые из описываемых в ней событий порождают какой-то смысл. Серия бросаний игральной кости не имеет истории, о которой можно было бы рассказать, если только исходы некоторых бросаний не приобретают решающего значения в будущем (например, в ситуации, когда игральные кости являются частью азартной игры и от исхода бросания зависит выигрыш или проигрыш).
Кто не знает истории о том, как из-за того, что в кузнице не было гвоздя, у лошади слетела еле державшаяся подкова, из-за
захромавшей лошади был убит скакавший на ней командир, из-за смерти командира разбита конница, что в свою очередь вызвало отступление всей армии и т.д. Такого рода проблемы пленяют воображение каждого любителя истории и служат основной темой научно-фантастических “путешествий во времени”: что случилось бы, если бы...? Спекуляции на эту тему всегда предполагают некоторое изменение масштаба. Событие, ранее казавшееся незначительным, смогло изменить ход истории. Отсюда третье требование, которое нам необходимо ввести:
некоторые события должны обладать способностью изменять ход эволюции. Иначе говоря, эволюция должна быть “нестабильной”, т.е. характеризоваться механизмами, способными делать некоторые события исходным пунктом нового развития, нового глобального взаимообусловленного порядка.
Теория эволюции Дарвина может служить прекрасной иллюстрацией всех трех сформулированных нами выше требований. Необратимость очевидна: она существует на всех уровнях от рождения и смерти отдельных особей до появления новых видов и новых экологических ниш, которые в свою очередь открывают новые возможности для биологической эволюции. Теория Дарвина должна была объяснить поразительное событие — возникновение видов. Но Дарвин описал это событие как результат сложных процессов. Чтобы оно произошло, нам необходим класс микрособытий: популяция состоит из отдельных особей, которые, даже если они принадлежат к одному и тому же виду, никогда не бывают абсолютно идентичными. Следовательно, рождение каждой особи представляет собой микрособытие, небольшую модификацию популяции. Появление нового вида означает, что некоторые из всех таких микрособытий обретают особое значение: по той или иной причине некоторые особи характеризуются более высокой скоростью воспроизведения, и их размножение постепенно изменяет средние характеристики популяции. Таким образом, естественный отбор соответствует механизму, который позволяет усиливать слабые различия и в конце концов порождает нечто истинно новое — приводит к появлению новых видов.
Дарвиновский подход дает нам лишь модель. Но каждая эволюционная модель должна содержать необратимость, события и возможность для некоторых событий стать отправным пунктом нового самосогласованного порядка. История человечества не сводится к основополагающим закономерностям или к простой констатации событий. Каждый историк знает, что изучение исключительной роли отдельных личностей предполагает анализ социальных и исторических механизмов, сделавших эту роль воз-
можной. Знает историк и то, что без существования данных личностей те же механизмы могли бы породить совершенно другую историю.
В отличие от дарвиновского подхода термодинамика XIX века, сосредоточившая основное внимание на равновесии, отвечает только первому из наших трех требований. Правда, приготовление сильно неравновесной системы можно рассматривать как событие, но термодинамика описывала, только как происходит “забывание” этого события, когда система эволюционирует к своему равновесному состоянию.
Однако за последние двадцать лет термодинамика претерпела значительные изменения. Второе начало термодинамики не ограничивается более описанием выравнивания различий, которым сопровождается приближение к равновесию. Эта концептуальная трансформация, отводящая проблеме становления центральное место в современной физике, заслуживает, чтобы мы рассказали о ней более подробно.
Порядок и беспорядок
Второе начало термодинамики в том виде, как его сформулировал Клаузиус, т.е. утверждение о том, что все происходящие в природе процессы вызывают увеличение энтропии, относится к физико-химическим процессам. К этим процессам относятся химические реакции, перенос тепла или вещества, диффузия и т.д. Все эти процессы увеличивают энтропию и не могут быть описаны в терминах обратимых преобразований, как в примере с колебаниями маятника. Каждая химическая реакция устанавливает некоторое различие между прошлым и будущим: она эволюционирует к равновесному состоянию, которое должно существовать в нашем будущем. Аналогичным образом в изолированной системе все неоднородности распределения температуры сглаживаются и в будущем распределение становится однородным. Таким образом, эволюция обретает весьма ограниченный смысл: она приводит к исчезновению порождающих ее причин.
Можем ли мы принять какую-нибудь другую точку зрения? В действительности равновесие соответствует только вполне конкретной ситуации. Если мы наложим ограничения (т.е. будем нагревать одну границу системы и охлаждать другую), то помешаем системе достичь равновесия. Однако она может перейти в не зависящее от времени “стационарное состояние”, в котором энтропия системы не изменяется, несмотря на то, что производящая энтропию физико-химическая активность продолжается.
Как нам определить стационарные состояния? Изменение энтропии со временем всегда можно разделить на вклады двух типов: “поток энтропии”, зависящий от обмена системы с окружающей средой, и “производство энтропии”, обусловленное необратимыми процессами внутри системы. Второе начало термодинамики требует, чтобы производство энтропии было положительным или обращалось в нуль при достижении системой равновесия. На поток энтропии второе начало не налагает никаких условий. Таким образом, в стационарном состоянии положительное производство энтропии компенсируется отрицательным потоком энтропии: активность, производящая энтропию, постоянно поддерживается за счет обмена с окружающей средой. Состояние равновесия соответствует частному случаю, когда и поток энтропии, и производство энтропии обращаются в нуль.