Книга: Вселенная

Глава 13 Что существует, а что иллюзорно?

Глава 13

Что существует, а что иллюзорно?

Благодаря Огюсту Конту появился термин «социология». Конт поместил социологию на самую вершину системы наук; он считал изучение общества венцом этой иерархии. Затем наступил ослепительный успех физики, описавшей микромир, и для некоторых мир словно перевернулся с ног на голову: им нравится рассуждать о самых глубинных, фундаментальных уровнях реальности. Эрнест Резерфорд, физик-экспериментатор родом из Новой Зеландии, тот самый, кто открыл строение атома, однажды сказал: «Вся наука — это либо физика, либо коллекционирование марок». Неудивительно, что учёные, не занимавшиеся физикой, — иными словами, абсолютное большинство учёных — осмелились с этим не согласиться.

С точки зрения эмерджентности вопрос формулируется так: в чём новизна и характерность эмерджентных феноменов? Является ли эмерджентная теория всего лишь новой трактовкой теории микромира, либо она по-настоящему новаторская? Если уж на то пошло, возможно ли (хотя бы в принципе) вывести свойства эмерджентной теории из микроскопического описания, либо фундаментальная материя на самом деле по-разному ведёт себя на микроуровне и макроуровне? Этот вопрос можно сформулировать и более остро: реальны эмерджентные феномены или всего лишь иллюзорны?

Можете себе представить, как актуальны становятся подобные вопросы, когда мы начинаем рассуждать о столь непростых проблемах, как возникновение сознания или свободной воли. Конечно, вы считаете, что сами выбираете: забрать ли последний кусочек пиццы или противостоять соблазну. Однако уверены ли вы, что здесь всё действительно зависит от вашей воли? Если основополагающие законы природы детерминистичны, то не является ли ваша воля чистой иллюзией?

В физическом контексте независимая реальность физических феноменов становится важной проблемой. Филипп Андерсон получил Нобелевскую премию по физике в 1977 году за исследование электронных свойств материалов. Андерсон — один из учёных, занимающихся физикой «конденсированных состояний», то есть работающих с твёрдыми телами, жидкостями или другими «осязаемыми» в макроскопическом масштабе формами материи, существующими здесь, на Земле, — в отличие от астрофизиков, физиков-атомщиков или специалистов по физике частиц. В 1990-е годы, когда в Конгрессе США обсуждалась судьба ускорителя частиц под названием «сверхпроводящий суперколлайдер», Андерсона пригласили выступить в качестве физика-эксперта, не занимающегося физикой частиц как таковой. Он сообщил комитету, что аппарат, несомненно, поработает на славу, но любые открытия, которые он позволит совершить, будут абсолютно несущественны для той области, в которой специализируется сам Андерсон. Это был честный и точный ответ, пусть он и мог немного разочаровать специалистов по физике частиц, надеявшихся, что всё физическое сообщество выступит на их стороне единым фронтом. В 1993 году Конгресс закрыл работы над сверхпроводящим суперколлайдером; конкурирующий проект, Большой адронный коллайдер, был запущен в Европе, и именно на нём в 2012 году открыли бозон Хиггса.

Мнение Андерсона было связано с тем фактом, что эмерджентная теория может быть полностью независима от более детализированных, исчерпывающих описаний той же самой системы. Эмерджентная теория самодостаточна (она работает сама по себе, без привязки к другим теориям) и обладает множественной реализуемостью: несколько микроуровневых теорий могут приводить к одному и тому же макроскопическому объяснению.

Андерсона могло бы, например, заинтересовать, как электрический ток проходит через ту или иную керамику. Мы знаем, что вещество состоит из атомов, знаем, по каким законам электричество и магнетизм взаимодействуют с этими атомами. Для решения вопросов, интересующих Андерсона, больше ничего знать не требуется. Можно считать эмерджентной теорию об атомах, электронах и их взаимодействиях, а любые более детализированные теории — микроуровневыми. Эмерджентная теория подчиняется собственным законам, не зависящим от каких-либо потенциальных «более глубоких» уровней. Она вполне может быть множественно реализуемой. Андерсону нет дела до кварков, носящихся в атомном ядре, или до самого бозона Хиггса; определённо его не интересует и теория суперструн, и любая другая, пытающаяся дать более полное описание вещества на микроуровне (по большей части Андерсону даже не требуется ничего знать об атомах, так как он работает с более сильным огрублением).

Учитывая такую ситуацию, специалисты по физике конденсированных состояний давно настаивают, что эмерджентные феномены по праву следует считать новыми, а не просто «смазанными» версиями каких-либо более глубоких описаний. В 1972 году Андерсон опубликовал авторитетную статью под названием «More Is Different» («Большее есть другое»), в которой доказывал, что любое описание природы, которое можно дать на том или ином уровне, заслуживает самостоятельного изучения и постижения, а сосредотачиваться на наиболее фундаментальном уровне неверно. Он по-своему прав. Знаменитая проблема физики конденсированных состояний — поиск теории, которая бы успешно описывала высокотемпературные сверхпроводники — такие вещества, через которые электрический ток проходит без сопротивления при температурах существенно выше абсолютного нуля. Все, кто занимается этой проблемой, считают, что такие вещества состоят из обычных атомов, подчиняющихся обычным законам микромира; при этом они понимают, что подобное объяснение фактически никак не помогает нам понять, почему вообще возникает высокотемпературная сверхпроводимость.

* * *

Здесь возникает сразу несколько взаимосвязанных, но логически самостоятельных вопросов.

1. Являются ли наиболее детализированные (микроуровневые, исчерпывающие) описания интересными или важными?

2. Если мы планируем исследование, в рамках которого стремимся понять макроскопические феномены, то следует ли при этом сначала понять микроскопические феномены, а затем на их основе вывести эмерджентное описание?

3. Узнаем ли мы при изучении эмерджентного уровня нечто такое, чего не смогли бы понять, изучая микроуровень, будь мы даже настолько умны, как демон Лапласа?

4. Является ли поведение системы на макроуровне несовместимым с теми свойствами системы, которые мы ожидали бы в ней встретить, зная лишь её законы на микроуровне, и может ли идти речь не просто о несовместимости, а о прямом противоречии?

Первый вопрос, конечно, субъективен. Если вы интересуетесь физикой частиц, а ваш друг интересуется биологией, то никто из вас не будет правее другого; просто вы смотрите на вещи по-разному. Второй вопрос несколько более практичен, и ответ на него достаточно очевиден: нет. Почти во всех интересующих нас случаях мы можем немного подробнее разобраться в макроуровнях, изучая микроуровни, но узнаем больше (и быстрее), если станем изучать сами макроуровни.

Именно на третьем вопросе всё становится неоднозначным. С одной точки зрения можно сказать: если мы полностью понимаем микроуровень, область применения которого полностью охватывает область применения эмерджентной теории, то знаем всё необходимое. В принципе любой вопрос, который может у вас возникнуть, можно сформулировать в контексте микроуровня и в этом же контексте на него ответить.

Однако под этим «в принципе» скрывается множество пороков, в том числе один очень существенный. Принимая эту точку зрения, мы фактически говорим: «Хотите знать, будет ли завтра дождь? Тогда сообщите мне координаты всех молекул в земной атмосфере, и я это вычислю». Мало того, что такой вариант вопиюще нереалистичен, так он ещё и игнорирует тот факт, что эмерджентная теория описывает истинные свойства системы, которые могут полностью ускользать от нас на микроуровне. Возможно, у вас будет самодостаточная и исчерпывающая теория о взаимодействиях вещей, но это ещё не означает, что вам известно всё; в частности, вы не знаете всех вариантов рационального рассуждения о системе. (Даже если вы знаете, как ведёт себя атом в сосуде с газом, от вас, возможно, ускользнёт тот важный факт, что эту систему также можно описать как флюид.) На самом деле мы действительно узнаём нечто новое, изучая эмерджентные теории как таковые, даже если все теории целиком и полностью согласуются друг с другом.

Переходим к четвёртому вопросу — и тут перед нами воцарится настоящий хаос.

* * *

Здесь мы вступаем в пределы так называемой сильной эмерджентности. До сих пор мы обсуждали «слабую эмерджентность»: даже если эмерджентная теория позволяет понять вещи под новым углом, а также гораздо более практична при вычислениях, вы, в принципе, можете заложить в компьютер теорию микроуровня, сымитировать её и таким образом в точности выяснить, как будет функционировать система. При сильной эмерджентности — если она вообще существует — подобное невозможно. С такой точки зрения, когда много компонентов объединяются и образуют единое целое, мы должны ожидать не просто новых знаний, которые позволили бы нам точнее описать систему, но и быть готовы к открытию новых функций. При сильной эмерджентности поведение многочастной системы даже в принципе несводимо к суммарному поведению всех её элементов.

Феномен сильной эмерджентности на первый взгляд немного озадачивает. Для начала требуется признать, что в определённом смысле большой макроскопический объект — например, человек — состоит из более мелких элементов, скажем, из атомов. Как вы помните, в квантовой механике бывает невозможно отделить одни составляющие от других, но сторонники сильной эмерджентности не всегда учитывают такую тонкость. Далее признаётся, что существует микроуровневая теория, описывающая, как поведёт себя атом в конкретных обстоятельствах. Но после этого заявляется, что атом испытывает воздействие той макроскопической системы, в состав которой он входит, и нельзя считать, что этот эффект обусловлен суммарным воздействием всех остальных атомов. Единственный вариант — считать такой феномен воздействием целого на отдельные составляющие.

Представлю себе, что я всматриваюсь в отдельный атом, который сейчас входит в состав кожи, обтягивающей кончик моего пальца. По идее, я мог бы подумать, что, руководствуясь правилами атомной физики, я могу спрогнозировать поведение атома в соответствии с законами природы и свойствами той среды, которая окружает атом, — а в этой среде он подвергается воздействию других атомов, электрических и магнитных полей, силы тяготения и т. д. Сторонник сильной эмерджентности возразит мне: «Нет, не сможете. Атом — часть вас, то есть человека, и вам не удастся спрогнозировать поведение этого атома без дополнительной информации о более крупной системе, то есть о человеке. Знаний об атоме и окружающей его среде ещё недостаточно».

Разумеется, мир может быть устроен и так. Если мир действительно устроен именно так, то наша гипотетическая микроуровневая теория атома попросту ошибочна. Физические теории хороши именно тем, что они очень чётко описывают, какая информация нужна, чтобы спрогнозировать поведение объекта, а также чётко поясняют, что представляет собой спрогнозированное поведение. Наша наилучшая физическая теория не предполагает никакой неопределённости в том, как должен вести себя атом. Если существуют ситуации, в которых атом ведёт себя иначе, например, будучи на кончике моего пальца, то наша теория неверна и нам нужно разработать более качественную.

Конечно, это совершенно возможно (много что возможно). В главах 22–24 мы подробнее обсудим, как работают наши наилучшие физические теории, в том числе удивительно успешный и строгий аппарат квантовой теории поля. Что касается квантовой теории поля, новые силы или взаимодействия не могут существенно влиять на атомы моего тела — точнее говоря, любые возможные влияния такого рода уже были проверены экспериментально и исключены. При этом вполне возможно, что сама квантовая теория поля попросту ошибочна. Однако нет никаких доказательств в пользу её ошибочности, но есть очень убедительные экспериментальные и теоретические основания считать её верной в очень широкой области применения. Итак, мы можем размышлять о каких-то вариантах этой базовой физической парадигмы, но также должны учитывать, сколь радикально меняем наши лучшие теории о мироздании, просто чтобы учесть такой феномен (человеческое поведение), который известен своей сложностью и трудностью для понимания.

* * *

Может быть, нам понадобится (или не понадобится), стиснув зубы, разобраться в сильной эмерджентности, чтобы понять взаимосвязи между атомами, из которых состоит наше тело, а также понять, что представляет собой сознание, присущее каждому из нас. Но мы обязаны выяснить, как они соотносятся друг с другом, учитывая, что и атомы, и сознание существуют в реальном мире.

И соотносятся ли они вообще?

Существует континуум возможных тезисов о том, как сочетаются различные варианты интерпретации реальности. Одна крайность — это «сильная эмерджентность» (все варианты самостоятельны и даже несовместимы друг с другом), а другая — «сильный редукционизм» (все варианты сводимы к одному, наиболее фундаментальному). Приверженец сильного редукционизма стремится не просто соотнести макроскопические свойства мира с каким-то базовым фундаментальным описанием, но идёт дальше и отказывается признавать само существование элементов эмерджентной онтологии (при наличии какой-либо адекватной дефиниции для «существования»). Согласно этой философской школе, реальная проблема с сознанием заключается в том, что сознания как такового не существует. Сознание — просто иллюзия. В онтологическом контексте такой строгий вариант редукционизма именуется элиминативизмом, поскольку его сторонники хотят вообще уйти от проблем, связанных с состояниями разума. (Естественно, существует целый калейдоскоп различных типов элиминативизма, и каждый из них по-своему трактует, от чего следует избавиться, а что оставить.)

На первый взгляд, вопрос о том, что реально, а что нет, не кажется неразрешимой проблемой. Стол перед вами — это реальность, а единорогов в реальности не существует. А если учесть, что стол состоит из атомов? Вправе ли мы сказать, что атомы реальны, а стол нет?

Это была бы своеобразная интерпретация слова «реальный», в которой оно применимо лишь к наиболее фундаментальному уровню экзистенции. Это не самое удобное определение, которое можно было бы себе представить. Во-первых, мы пока не располагаем полной теорией реальности на её глубочайшем уровне. Если бы мы судили об истинной экзистенции по таким стандартам, то единственно верная точка зрения была бы такова: ничто в мире, воспринимаемом человеком, не является реальным. Такой философии присущ некоторый дзеновский пуризм, но она не слишком нам пригодится, если мы, вооружившись концепцией «реального», попробуем отличать одни феномены от других. Витгенштейн бы сказал, что подобные рассуждения не имеют смысла.

Сторонник поэтического натурализма выразился бы иначе: нечто является «реальным», если играет существенную роль в каком-то конкретном представлении о реальности, которое, насколько мы можем судить, точно описывает мир в рамках своей области применения. Атомы реальны; столы реальны; сознание, вне всякого сомнения, реально. Подобную концепцию предложили Стивен Хокинг и Леонард Млодинов, назвав её «моделезависимый реализм».

Не всё реально даже в соответствии с этим нестрогим стандартом. Когда-то физики верили в существование «светоносного эфира» — невидимой субстанции, наполняющей пространство и служащее той средой, в которой распространяются электромагнитные волны света. Альберт Эйнштейн был первым, кто осмелился выступить и заявить, что концепция эфира эмпирически бессмысленна; мы могли бы просто признать, что эфира не существует, и это нисколько не нарушило бы каких-либо прогнозов, которые даёт теория электромагнетизма. Нет такой предметной области, в которой для наилучшего описания мира нам бы потребовалась концепция светоносного эфира; эфира просто не существует.

* * *

Иллюзии — это просто ошибки, концепции, не играющие никакой полезной роли при описании мира с любой степенью огрубления. Когда вы ползёте через пустыню, без воды и с помутившимся рассудком, и вам кажется, что вдали виднеется пышный оазис с пальмами и озером, то это (вероятно) иллюзия в том смысле, что оазис ещё далеко. Но если вам повезёт и это действительно оазис, то вы сможете зачерпнуть горсть воды и эта жидкость будет реальна, пусть даже её можно описать более исчерпывающим образом — как совокупность молекул, состоящих из водорода и кислорода.

Сознание — не иллюзия, даже если мы считаем его «просто» эмерджентным представлением об атомах, каждый из которых в отдельности подчиняется законам физики. Если ураганы реальны — а имеются основания считать, что так оно и есть, — то, хотя они и представляют собой всего лишь атомы в движении, у нас нет никаких причин воспринимать сознание иначе. Сказать, что сознание реально, не означает утверждать нечто, выходящее за рамки физического мира; оно эмерджентно и при этом оно реально, точно так же, как и почти всё, с чем нам приходится сталкиваться в жизни.

Удобно описывать наш натурализм как «поэтический», поскольку существуют и другие разновидности натурализма. Бывают строгие формы натурализма, требующие абстрагироваться от всего зримого и настаивающие, что единственно верным было бы рассуждать о мире на его глубочайшем, наиболее фундаментальном уровне. На другом полюсе этого спектра находятся «расширенные» разновидности натурализма, в которых предполагается, что фундаментальный уровень мира не сводится к физической реальности. К этой огульной категории относятся и те, на чей взгляд ментальные свойства реальны и отличаются от физических, и те, кто уверен, что моральные принципы столь же объективны и фундаментальны, как и физический мир.

Так поэтический натурализм отделяет «фундаментальное» от «эмерджентного/фактического», «реальное» от «иллюзорного» и «объективное» от «субъективного»

Поэтический натурализм занимает промежуточное положение: согласно этой философии, существует всего один унифицированный физический мир, но есть много способов суждения о нём, и каждый такой способ охватывает свою часть реальности. Поэтический натурализм как минимум не противоречит собственным стандартам: он пытается предложить нам наиболее полезный способ рассуждения об окружающем мире.

* * *

Самая соблазнительная ошибка, которую мы рискуем совершить, имея дело со множественными представлениями о реальности, — это смешать термины, относящиеся к различным дискурсам. Вам могут сказать: «В сущности, вы не можете чего-то хотеть, ведь вы просто совокупность атомов, а атомы лишены желаний». Действительно, сами атомы ничего не хотят, феномен «желание» отсутствует в нашей наилучшей теории для описания атомов. Было бы совершенно справедливо сказать: «Ни один из тех атомов, из которых вы состоите, не заставляет вас чего-то желать».

Однако из этого не следует, что у вас не может быть желаний. «Вы» также не относитесь к теории, оптимально описывающей те атомы, из которых вы состоите; вы эмерджентны, и это означает, что вы являетесь элементом более высокоуровневой онтологии, описывающей мир на макроуровне. На том уровне описания, где правомерно говорить о «вас», не менее правомерно говорить и о ваших чувствах и желаниях. Эти феномены реальны в контексте наших наилучших представлений о человеческом существе. Вы можете считать себя индивидом, или вы можете считать себя совокупностью атомов. Просто не смешивайте эти представления, как минимум отвечая на вопросы о взаимодействии одних сущностей с другими.

Как бы то ни было, это идеальный случай. Следуя примеру Галилея и игнорируя сложности в стремлении к простоте, физики разработали формальный аппарат, где разделение различных способов суждения — «фактических теорий поля» — является точным и хорошо определённым. Стоит нам выйти за пределы физики и оказаться в более сложных и неоднозначных областях, биологии и психологии, разграничивать теории становится сложнее. Человек, который подхватил болезнь, может стать заразными, то есть может передать свою болезнь другим людям. «Болезнь» — удобная категория в нашем лексиконе, позволяющая описывать больных людей на их собственном уровне реальности, без привязки к микроскопическим основам болезни. Но мы знаем и о существовании более глубокого уровня, на котором данная болезнь есть проявление, скажем, вирусной инфекции. Ничего не поделаешь, приходится выражаться неаккуратно и смешивать людей, болезни и вирусов в одном большом путаном терминологическом аппарате.

Исследование двойственности, возникающей между различными физическими теориями, — это основная сфера деятельности для некоторых физиков; точно так и философы могут специализироваться на исследовании того, как соотносятся друг с другом различные дискурсы, причём не только соотносятся, но иногда и перемешиваются. В нашем случае мы можем оставить эту задачу в качестве самостоятельной работы для любителей онтологии, а сами перейдём к другому вопросу: как мы формулируем различные способы рассуждения о нашем реальном мире?