Майкл Газзанига – Кто за главного? Свобода воли с точки зрения нейробиологии (страница 26)

Сегодня погода понимается именно как хаотическая система. Долгосрочные прогнозы просто нереалистичны, потому что вовлекают слишком много переменных параметров, которые невозможно измерить с какой бы то ни было степенью точности. Но даже если бы это было возможно, малейшая погрешность любого из начальных значений приводила бы к гигантской вариации результата. В 1972 году Лоренц прочитал лекцию о том, как даже ничтожная неопределенность в итоге завладевает любыми вычислениями и сводит на нет достоверность долговременного прогноза. Лекция называлась “Предсказуемость: может ли взмах крыльев бабочки в Бразилии вызвать торнадо в Техасе?”. Она породила термин “эффект бабочки”{134}, захватила воображение детерминистов и подлила масла в огонь. Хаос не означает, что система ведет себя случайным образом. Он означает, что она непредсказуема из-за большого числа переменных и слишком сложна для расчета. И даже если бы она поддавалась расчету, теоретически невозможно сделать его точным, а малейшая ошибка радикально меняет конечный результат. Для детерминистов это выглядит так: хотя погода – колоссальная система со многими переменными, ей все равно присуще детерминированное поведение, так что даже незначительное событие вроде взмаха крыльев бабочки на него влияет.

Погода – нестабильная система, которая, подобно большинству природных систем, существует вдали от термодинамического равновесия. Такие системы привлекли внимание специалиста по физической химии Ильи Пригожина. В детстве его занимали археология и музыка, а позже, уже студентом университета, он заинтересовался наукой. Совокупность этих увлечений привела к тому, что Пригожин поставил под вопрос ньютоновскую физику, в которой время обратимо. Это не было понятно человеку, с детства любившему занятия, для которых время текло в одном направлении. Поэтому необратимость погоды, представлявшая проблему для ньютоновской физики, привлекла внимание Пригожина. Он назвал системы такого типа диссипативными и в 1977 году за первые работы, посвященные им, получил Нобелевскую премию по химии. Диссипативные системы не существуют в вакууме, они термодинамически открытые и функционируют в среде, где постоянно обмениваются материей и энергией с другими системами. Ураганы и циклоны – это диссипативные системы. Они характеризуются спонтанным нарушением симметрии (эмерджентностью) и формированием сложных структур. Нарушение симметрии возникает тогда, когда незначительные флуктуации, воздействующие на систему, переходят критическую точку и определяют, который из нескольких равновероятных исходов произойдет. Наглядный пример – мячик, находящийся на вершине симметричного холма, где даже малейшее возмущение заставит его скатываться в любом направлении, тем самым нарушая симметрию системы и вызывая определенный исход. Мы скоро вернемся к эмерджентности сложных систем.

Итак, теперь мы понимаем, что прогноз погоды может быть точным только в краткосрочной перспективе. Даже с самыми мощными суперкомпьютерами, какие только возможны, долговременные прогнозы погоды всегда будут ничуть не лучше простых догадок. Что ж, не зря говорят – только дурак предсказывает погоду. И хотя погода традиционно считается одной из безопасных тем для обсуждения, она, возможно, больше не будет таковой на некоторых званых обедах. Если наличие хаотических систем в природе (ложка дегтя, которую добавил в бочку меда Пуанкаре) ограничивает нашу способность делать правильные предсказания с любой степенью точности, используя детерминистические законы, то физики оказываются в затруднительном положении. Ведь это означает, что либо хаотичность таится в сущности любой детерминистской модели вселенной, либо мы никогда не сможем доказать, что детерминированные законы применимы к сложным системам. Некоторые физики ломают над этим голову и в итоге соглашаются, что бессмысленно говорить о детерминистическом поведении вселенной. Для вас, может быть, в этом нет ничего особенного, но представьте, что вы на званом обеде вместе с… как насчет самого Мистера Детерминизма – Баруха Спинозы? Он сказал: “Не существует абсолютного разума или свободы воли, но разум побуждается желать того или этого причиной, которая, в свою очередь, предопределяется другой причиной, а эта – опять другой, и так до бесконечности”. Или вы с Альбертом Эйнштейном, который говорил: “Что касается человеческой свободы в философском смысле, в это я определенно не верю. Все действуют не только под принуждением внешних сил, но и сообразно с внутренней необходимостью”[23]. Гм, представьте там еще несколько физиков, и обстановка перестанет способствовать перевариванию пищи. Оказывается, Эйнштейн боролся за свои собственные детерминистские убеждения на арене квантовой механики.

Примерно пять десятилетий теория хаоса почти не привлекала к себе внимания. Квантовая механика – вот чем пестрели заголовки, и большинство физиков сосредоточилось на микроскопическом: на атомах, молекулах и субатомных частицах, – а не на мячах в моей гостиной или небе Пуанкаре. То, что они открывали, привело мир физики в смятение. Триста лет все благодушно допускали, что законы Ньютона применимы абсолютно всегда. И вот ученые обнаружили, что атомы не подчиняются так называемым универсальным законам движения. Как ньютоновские законы могут быть фундаментальными, если атомы – то, из чего состоят предметы, – не подчиняются тем же законам, что и сами предметы? Как однажды заметил Ричард Фейнман, исключения доказывают… ложность правила{135}. Что же все это значило? Атомы, молекулы и субатомные частицы ведут себя не так, как мячи в моей гостиной. На самом деле, они вообще не шарики, а волны! Волны из ничего! Частицы – это порции энергии с волновыми свойствами.

В квантовом мире происходят сумасшедшие вещи. Например, фотоны лишены массы покоя, но обладают энергией и импульсом. Квантовая теория возникла как попытка объяснить, почему электрон остается на своей орбите, что не могли объяснить ни законы Ньютона, ни уравнения Максвелла, лежащие в основе классической электродинамики. Новая теория успешно описала частицы и атомы в молекулах, благодаря ей создали транзисторы и лазеры. Но в квантовой механике таится одна философская проблема. Уравнение Шредингера, детерминистически описывающее, как волновая функция меняется с течением времени (уравнение, кстати, обратимо во времени), не позволяет предсказать, где на своей орбите будет находиться электрон в отдельно взятый момент: оно оперирует только вероятностью. Если попытаться непосредственно определить положение электрона, сам акт измерения исказит значение, которое было бы в отсутствие нашего вмешательства. Это объясняется тем, что определенные пары физических свойств связаны между собой особым образом: оба не могут быть известны одновременно, и чем точнее известно одно свойство (посредством измерения), тем менее точно – другое. В случае электрона на орбите такая пара свойств – координата и импульс. Чем точнее мы определяем координату, тем меньше можем сказать об импульсе, и наоборот. Физик-теоретик Вернер Гейзенберг назвал этот феномен принципом неопределенности. И эта неопределенность вовсе не обрадовала физиков с их детерминистскими взглядами, но подтолкнула к новому образу мышления. Более полувека назад Нильс Бор в своих гиффордских лекциях, которые он читал в 1948-1950 годах, и даже еще раньше, в статье 1937 года, уже начал сдерживать детерминизм, когда сказал: “Нам пришлось… отказаться от идеала причинности в атомной физике”{136}. Гейзенберг пошел еще дальше: “Я верю, что индетерминизм, то есть отказ от неукоснительного требования причинности, необходим”{137}.

Другая скрытая проблема – вопрос времени и причинности. Когда бы мы ни думали о причинности, перед нами предстают два препятствия – время и семантика. Если безрассудно и как попало пользоваться словом “причина”, можно оказаться ввергнутым в бесконечную череду вопросов и ответов, похожую на разговор с двухлетним ребенком, который только что выучил (и произносит с соответствующим выражением) слово “почему”. В конце концов все эти “почему”, как отмечают многие детерминисты и редукционисты, приводят к атомам и субатомным частицам. И в этом основная проблема, как подчеркивает Ховард Пэтти, специалист по теории систем, почетный профессор Бингемтонского университета штата Нью-Йорк:

Уравнения физики микромира симметричны по отношению к обращению времени, а потому принципиально обратимы. Следовательно, формально законы микромира не поддерживают необратимую концепцию причинности, а если она вообще используется, это только чисто субъективная лингвистическая интерпретация законов.

Из-за этой временно́й симметрии системы, описанные с помощью такой обратимой динамики, не могут формально (синтаксически) порождать такие необратимые по своей природе свойства, как измерение, регистрация, воспоминания, управление или причины. Таким образом, никакая концепция причинности, особенно нисходящей причинности, не может иметь существенной объясняющей силы на уровне законов микромира{138}.

Что же касается семантической проблемы, Пэтти добавляет: “Концепции причинности имеют совершенно разные значения в статистических и детерминистских моделях”, – и приводит следующий пример. Если вы спросите, в чем причина температуры, детерминист предположит, что ее следует искать на микроскопическом уровне, мол, температура возникает из-за того, что молекулы при столкновениях обмениваются кинетической энергией. Но скептический наблюдатель, почесав затылок, заметит, что измерительный прибор усредняет такой обмен и не определяет начальное состояние всех молекул и что усреднение, глубокоуважаемый сэр (или мадам), есть статистический процесс. Усредненные величины нельзя наблюдать в микроскопической детерминистской модели. Это две совершенно разные вещи. Пэтти грозит пальцем тем, кто поддерживает одну модель в ущерб другой, и взамен отстаивает идею, что они обе необходимы и комплементарны друг другу. “Под комплементарностью здесь я подразумеваю логическую несводимость в больцмановском и боровском смысле. Иначе говоря, комплементарные модели формально несовместимы, но обе необходимы. Одну модель невозможно вывести из другой или свести к ней. Случайность нельзя получить из необходимости, равно как и необходимость – из случайности, но оба понятия необходимы… Вот почему концепции детерминистической и статистической причины различаются. Детерминизм и случайность проистекают из двух формально комплементарных моделей мира. Нам также не стоит тратить время на споры о том, детерминистичен ли сам мир или стохастичен, поскольку это метафизический вопрос, эмпирически неразрешимый”. Мне нравится, что если ты почетный профессор, то можешь сказать всем “Цыц!”.