Текст книги "Игровая площадка «Земля». Приключенческая теория Мироздания"
Автор книги: Алексей Лельчук
сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 6 страниц)
Человек на станции тоже увидит вспышки лампочек одновременно и, немного подумав, догадается, почему. Потому что воздух в закрытом вагоне движется с той же скоростью, что и поезд, поэтому скорость волны бегущей назад уменьшится, а скорость бегущей вперед увеличится так же, как и скорости мячей.
Еще немного изменим условия эксперимента. Вместо закрытого вагона мы пускаем открытую платформу. Воздух вокруг нее неподвижен, так же, как и человек стоящий на станции, а колокол и стенки платформы движутся. В этом случае звуковые волны побегут не по движущемуся воздуху внутри вагона, а по неподвижному воздуху станции, так что их скорость относительно станции будет одинакова. Но задняя стенка по-прежнему будет набегать на звук, а передняя будет от него убегать, так что, конечно же, задняя лампочка зажжется раньше, чем передняя. Это увидят оба наблюдателя. Для неподвижного это будет очевидно, потому что он понимает, что звук бежит по неподвижному воздуху. Движущийся наблюдатель тоже догадается в чем дело, потому что он будет чувствовать набегающий на него ветер и будет знать, что он движется относительно станции в отличие от предыдущего раза, когда он об этом не догадывался и считал себя и вагон неподвижными.
И вот последний шаг, когда начинается уже теория относительности – заменим звуковые волны световыми. Заменим поезд на звездолет, который летит со скоростью хотя бы в половину от скорости света (около 300 тысяч км/с пополам), а станцию – на планету, на которой по-прежнему стоит неподвижный наблюдатель. Пролетая мимо наблюдателя на планете, человек в звездолете включает фонарь, лучи которого летят к передней и задней стенкам звездолета. Световые волны распространяются сами по себе, что в космическом вакууме, что в воздухе внутри звездолета. Никакой физически ощутимой среды для распространения света не нужно, поэтому первые физики, которые размышляли об этом мысленном эксперименте, представляли себе, что волны света бегут по гипотетическому эфиру, который пронизывает все пространство, но никак не ощущается физически.
Здравый смысл подсказывает, что в нашем эксперименте эфир подобен неподвижному воздуху станции из прошлого примера, и свет достигнет задней стенки звездолета раньше, чем передней. И вот тут-то здравый смысл нас подведет! Неподвижный наблюдатель на планете увидит, что да, задняя лампочка загорится раньше, как и в случае со звуком. А вот движущийся наблюдатель увидит эти же лампочки одновременно, как если бы эфир внутри звездолета двигался вместе с ним.
Но эфир не может одновременно быть неподвижным и двигаться! В этом и состоит парадокс постоянства скорости света, который никак нельзя объяснить классическими уравнениями. Да и вообще нет никакого эфира, как показали последующие эксперименты и теории, а свет и другие электромагнитные волны распространяются по пространству сами по себе, в пустоте создавая волны электрического и магнитного полей.
В нашем эксперименте каждый наблюдатель видит свет так, будто источник света неподвижен относительно него. Для наблюдателя на планете свет распространяется по неподвижному «эфиру» космоса, а для наблюдателя в звездолете – по «эфиру», движущемуся вместе со звездолетом. Хотя здравый смысл подсказывает, что один и тот же свет не может распространяться по-разному.
Вот что означает слово «относительность» в названии теории Эйнштейна. Наблюдатель может описать события только относительно своего собственного состояния – движения или покоя. Другой наблюдатель, движущийся с другой скоростью, увидит те же события по-другому.
И опять современная физика на концептуальном уровне подобна даосской философии Пути и более общей эзотерической доктрине. У каждого свой жизненный путь, более того, каждый видит по-своему не только свой личный путь, но и весь окружающий мир, по которому этот путь пролегает. Нет абсолютной истины, по крайней мере, в рамках земного существования, но есть некий скрытый от человека единый Образ, который питает различные свои представления для разных людей.
Кстати, еще немного про звездолет. Я не написал о еще одной немаловажной подробности. Чтобы наблюдатели увидели, что свет достиг краев звездолета, они должны получить сигналы об этих событиях. А сигналы также распространяются не мгновенно, а со скоростью света. Вот и попробуйте теперь разобраться, кто что увидит.
Волна или частица?
Относительность наших представлений о мире не ограничивается лишь движением. Не только движение объекта зависит от наблюдателя, но сам объект наблюдения может оказаться совершенно разными вещами в зависимости от того, чего мы от него ждем. В современной физике эта особенность называется «корпускулярно-волновой дуализм».
Смысл этой концепции заключается в том, что элементарная частица проявляет себя либо как волна, либо как частица в зависимости от того, какой эксперимент над ней ставят. В экспериментах, где материя рассматривается как собрание отдельных частиц, и измеряются свойства частиц – положение, скорость, количество – частицы ведут себя как частицы – маленькие шарики, имеющие положение, массу и скорость. В других экспериментах, где та же самая материя рассматривается как волна, и измеряются ее волновые свойства – частота, амплитуда, интерференционная картина – та же самая материя ведет себя как волна. Такое странное положение вещей было обнаружено в ходе так называемого «двухщелевого эксперимента», в котором поток электронов пролетал через стенку с одной или двумя щелями.
Для начала вспомним, как ведет себя при прохождении через отверстие поток частиц, и как ведет себя волна. Если мы стреляем из пулемета по щели в стене, то часть пуль пролетает прямо через щель, часть попадает мимо щели и застревает в стенке, а небольшая часть попадает в щель неточно, ударяется о ее край и немного отклоняется от прямой линии. Если за стенкой с щелью стоит еще одна стенка – назовем ее «экран», – то основная часть пуль окажется на экране прямо напротив щели, и по мере удаления от середины количество отклонившихся пуль будет плавно уменьшаться. Если мы изобразим плотность пуль на графике, то он будет иметь вид колокола.
Теперь представим себе немного другой эксперимент. В прямоугольной ванне мы пускаем от одной стенки прямую волну, а посередине ванны ставим еще одну стенку с щелью. Волна достигнет этой стенки, пройдет в щель, но дальше пойдет уже не прямая, а круглая, как будто от точечного источника. Можно представить себе, что на месте щели упал в воду камешек, и от него пошли круговые волны. Когда эта круглая волна достигнет экрана на дальней стенке ванны, то мы увидим на экране не колокол, а волнистую линию.
Если мы в обоих этих экспериментах заменим стенку с одной щелью на стенку с двумя щелями, то результаты будут примерно такими же, как и с одной. Пули за двумя щелями на экране лягут гуще посередине и реже по краям, получится два колокола. Волны от двух щелей перемешаются, но останутся волнами и создадут на экране сложную волнистую линию.
Пока что все описывается чисто классическими уравнениями: пули – это частицы, а волна – это волна. Не так с электронами или другими элементарными частицами.
Представим себе, что электронная пушка выпускает ровный поток электронов, которые летят в сторону стенки с щелью. Если поток электронов пролетает через одну щель, то детектор на экране нарисует график плотности прилетевших на нее электронов в виде колокола, то есть посередине погуще, по краям пореже. При пролете через одну щель электроны ведут себя как частицы. Но если поставить перед потоком электронов стенку с двумя щелями, то вдруг непонятно почему электроны на экране будут ложиться полосами – где-то больше, где-то меньше. И детектор плотности электронов покажет ту самую волнистую линию, как если бы электроны были волнами. Хотя электронная пушка никак не изменилась, она выпускает точно такие же электроны. Только одну щель заменили на две.
Конечно, физики стали выяснять, в чем дело. Может быть, множество одновременно летящих электронов создает что-то наподобие волны? В следующем опыте электроны вылетали из пушки настолько редко, что можно было регистрировать попадание на экран каждого из них. Опыт длился долго, но результат оказался тот же – плотность распределения летящих по одному электронов была тоже волнистой, как будто каждый отдельный электрон в виде волны пролетал через обе щели. Очень странно.
И это не просто странно, это обалдеть как удивительно и непостижимо! Представьте себе, что то, на чем вы сидите, становится либо мягким пружинным диваном, либо жесткой деревянной скамьей в зависимости от того, хотите ли вы понежиться на нем и отдохнуть, либо встать ногами, чтобы дотянуться до верхней полки. Представьте, что дверь перед вами оказывается открытой или запертой в зависимости от того, насколько вам нужно за нее попасть. Представьте, что дождь… стоп! Дождь как раз совершенно честно является одновременно и потоком мелких круглых капель, которые вполне ощутимо бьют вас по лбу, а также и мягкой текучей лужей, в которую вы легко погружаете ботинок.
Да, жидкость хотелось бы считать отдаленной аналогией двойственности элементарных частиц, потому что она является одновременно и плотным физическим телом и носителем бегущих по ней волн. Но суть квантовой механики заключается в том, что частица – это не короткий волновой пакет, а волна – это не колеблющаяся из стороны в сторону частица. Когда электрон ведет себя как частица, в нем нет ни капли волновых свойств. А когда он волна – он только лишь волна, от края Вселенной до края.
В общем, мир можно представить не только как конструкцию из «твердых» атомов, но и как «мягкую» ткань из волновых участков, намагниченностей разных типов. Один тип волн – это электроны, другой – протоны, а например, электромагнитный кусочек – это фотон, то есть свет или радиоволна.
Можно сказать, что материя похожа на информацию, которая хранится на диске компьютера. Ведь на диске нет ничего кроме определенной последовательности намагниченных участков, а в целом мы видим программы, документы, изображения.
Мы не знаем, или его вправду нет?
Двухщелевой эксперимент не закончился с обнаружением волновой природы электронов. Выяснились еще более удивительные вещи.
Итак, при установке двух щелей на пути электрона он оставляет на экране такой след, как будто он волна и пролетел одновременно через обе щели. Но экспериментаторы не готовы были так сразу сдаться. Решили все-таки выяснить, через какую щель пролетает электрон. Поставили у одной из щелей детектор, который фиксирует, пролетел электрон или нет. Пустили поток электронов, сначала кучей, потому по одному. О, чудо! В обоих случаях электроны опять стали вести себя как пули – равномерно рассеиваться на щелях и давать равномерную колоколообразную плотность попадания на экране.
Может быть, детектор у щели сильно влияет на полет электронов? Попробовали разные виды детекторов у разных щелей. Результат тот же – электроны летят как пули. Убрали все детекторы – те же электроны летят как волна. Похоже, что сам факт получения информации о точном месте пролета электрона влияет на то, кем этот электрон решает показаться экспериментатору.
На этом этапе у физиков, философов и всех заинтересованных лиц разгорелись ожесточенные споры о том, как присутствие человека может влиять на физические процессы. Важен ли сознательно мыслящий экспериментатор или достаточно механической регистрации данных? Как вообще психика может быть настолько связана с физикой? Что это за наука такая, результаты которой зависят от того, наблюдает кто-то за опытом или нет?
Мне вспоминается «теория кенгуру», которой однажды в третьем классе на переменке удивила нас Дашка Долотенкова, известная выдумщица. Теория заключалась в том, что каждый предмет превращается во что угодно, когда на него никто не смотрит. Например, в кенгуру. Но когда хоть кто-то бросает на него взгляд, он сразу превращается обратно, скажем, в стол, речку или Лёшу Лельчука.
Уравнения квантовой механики непостижимым образом говорят именно об этом. Пока физическая система на квантовом уровне не вступит во взаимодействие с измерительным прибором, ее состояние точно не определено. Не неизвестно, а именно не определено. Его нет. Электрон не является ни частицей, ни волной, пока его не измерили. Он является лишь возможностью быть тем или другим. И только когда мы его измерили, он становится или частицей, или волной.
Двухщелевой эксперимент был проведен в начале XX века, примерно тогда же были написаны уравнения квантовой механики, и с тех пор физики пребывают в недоумении. Более того, в начале XXI века тот же опыт был поставлен не с маленькими электронами, а с огромными по квантовым масштабам молекулами из 70 атомов углерода, и они вели себя так же двусмысленно.
Правда, за это время удалось заметить, что все-таки не пытливая личность экспериментатора важна для того, чтобы электрон определился, кем ему быть. Важен сам факт того, что где-то в эксперименте фиксируется точное место пролета электронов. То есть, детектор у одной из щелей не обязательно должен быть подключен к компьютеру. Физик лично может и не узнать о том, где прошмыгнул электрон. Любой элемент окружающей среды, который получает информацию о месте пролета электрона, годится в качестве наблюдателя.
Очень странно. Но факт.
Сейчас это утверждение формулируется в более общем виде. Квантовая система является суперпозицией своих возможных состояний до тех пор, пока не провзаимодействует с окружающей средой.
На самом деле, это очень существенное добавление, потому что изолированные электроны и другие частицы существуют только очень короткое время в физических экспериментах, пока не пролетят от одной стенки до другой, или далеко в космосе, где их никто не видит. Все остальные частицы Вселенной постоянно взаимодействуют друг с другом, и все время играют роль наблюдателей друг для друга. Поэтому вещество или поле, состоящее из взаимодействующих друг с другом частиц, является вполне определенной материальной структурой.
Тут можно вспомнить философию Пути, а также с поэтическое утверждение Александра Вертинского, которое я вынес в эпиграф к этой книге. Мир существует только во взаимодействии. Лишь взаимные действия создают реальность. До того, как Вселенная начала действовать, она существовала лишь как потенциальная возможность. И каждое новое действие превращает возможность в новую реальность.
Сеть!
Думаю, мы уже достаточно поговорили о физике. Мы остановились на представлениях, которые сложились к концу двадцатого века. Если мы почитаем книги, написанные физиками с тех пор, то обнаружим, что зыбкость представлений о материи только увеличивается. Появилась теория струн, согласно которой все частицы и волны сплетены из еще гораздо более мелких дрожащих продолговатых объектов. Теория петлевой квантовой гравитации, помимо других удивительных утверждений, предполагает, что пространство-время само по себе состоит из мельчайших элементов, образующих причинно-следственную сеть. В конце концов, приверженцы голографического принципа вообще допускают, что трехмерный (или четырехмерный) мир является гигантской голограммой, которая проецируется сюда с границы видимой Вселенной.
Общим для всех этих теорий является представление о том, что материальный мир в целом – это движущаяся гибкая ткань, сплетенная из чего-то трудно определимого, что лежит за пределами каких-либо материальных понятий. Как таковых минимальных элементов, из которых состоял бы мир, не существует. Есть сплошная сеть, в чем-то дискретная, в чем-то непрерывная, которая обнаруживает различные свойства и сложное строение при любом уменьшении масштаба исследований.
Обязательными свойствами этой сети являются движение, взаимодействие, наблюдение.
Сумма кибернетики
Не только физика намекает, что с детерминистской картиной мира не все в порядке. В любой науке есть ряд наблюдений, экспериментов, умозаключений, которые не стыкуются с голым материализмом и друг с другом.
Не буду писать о том, чего не знаю. Биология, например, таит немало загадок, но у меня нет интуитивного ее понимания, потому что я не изучал ее систематически. А вот кибернетику изучал. О ней и поговорим.
Кибернетика занимается изучением систем. Системой можно назвать любой набор предметов, связи между которыми не менее важны для всей системы, чем сами эти предметы. В системах важна их сложность или простота, важны способы управления, способы построения новых систем и применения их для различных целей. И конечно, кибернетика занимается изучением понятия информации и ее роли в построении и управлении систем.
Так что, кибернетика – это наука о связях между вещами, о простоте и сложности, о порядке и хаосе, об управлении и о «хотели как лучше, а вышло как всегда». Как и в случае с физикой, я не буду излагать здесь всю кибернетику, а расскажу лишь то, что дает нам новый взгляд на то, как устроен наш мир.
Более того, мне кажется, что с физикой мы немного утомились рассматривать формальные научные эксперименты, поэтому теперь я сразу изложу свои собственные мысли, возникшие в ответ на чтение кибернетических текстов. Причем я целиком включу куски из своих записных книжек в том виде, в котором они приходили мне в голову много лет назад. В них мимоходом затрагивается много побочных тем, но думаю, вы разберетесь.
Сразу возьмем быка за рога и поговорим о самом сложном в кибернетике – об информации, и о том, как она существует в самом сложном устройстве – в человеческом мозгу.
Информация и ее носитель
Однажды отец позвонил мне с другого конца Земли и сказал, что с телефоном и интернетом мир становится похож на большую деревню. На это я ему ответил, что ощущаю себя живущим в большой деревне без всяких технических достижений, на духовном уровне. Сам чувствую, что весь мир – это некое единое целое, пронизанное насквозь одними и теми же нитями – гармонии, законов, добра и зла, ритмов, композиции. Все это прекрасно умещается в одной голове, и в этом смысле единство и малость мира у меня не вызывает даже удивления.
Удивляет другое – как материальный мир дорабатывает чисто материальные средства для реализации этого же единства. Скажем, взаимодействие человеческих душ на расстоянии – понятная и очевидная вещь. Ты помнишь меня, я помню тебя. Мы можем вести друг с другом внутренние беседы, находить новые подтверждения этой связи в письмах, иногда видеть друг друга и помнить всю нашу историю. Мы вполне реально общаемся, только не физически.
Данный нам изначально мир не предусматривал физического общения людей, находящихся на большом расстоянии друг от друга, но ведь и с изобретением телефона его реально не происходит. Все равно, лишь работа мозга и души позволяет нам разговаривать по телефону. Мой рот колеблет мембрану, которая раскачивает электроны, которые и без того с бешеной скоростью снуют по проводам.
На твоей стороне то же самое: ты получаешь сигналы от железяки, которую держишь в руках. С точки зрения старика Хоттабыча это чистое чудо – ведь он не знает микроструктуры того транзистора, который преобразует все эти колебания электронов одно в другое. Для него это такой же черный ящик, как для нас – наш мозг, в котором рождаются мысли, или душа, в которой рождаются чувства. Но мы называем душу душой, а телефон – материальной железякой.
Человек придумал технические средства того же уровня сложности и эффективности, что задолго до него придумала природа. И эти средства – и технические, и природные – эквивалентны по отношению к сознанию, которое существует независимо от того, передается ли ему что-то по телефону или через органы слуха – ведь сознание глухого человека не беднее, чем слышащего.
Благодаря странной комбинации железок, полупроводников и обслуживающего персонала телефонной станции мысль, которая существует у меня в голове, передается тебе. Твоими органами слуха это сообщение перекодируется во внутренний образ, а суть нашего телефонного разговора все равно состоит не в этом, а в том, что мы оба оперируем одними и теми же понятиями и обсуждаем вещи, знакомые нам обоим в духовной области. То есть существующие в еще одной кодовой системе – культурная общность.
Но с другой стороны – и память человека, и его способность компоновать мысли в голове – это тоже некая конфигурация элементов, хоть и не имеющая физического воплощения. Чтоб ее построить, требуется не меньше времени и усилий, чем построить физическую конфигурацию элементов, например, собрать из кирпичей дом. Разработка большой программы занимает времени не меньше, чем проектировка и строительство дома.
Можно сказать, что программа – это ничего кроме некоторой последовательности, упорядоченности чего-то (в данном случае единиц и нулей, но это неважно). Но ведь так же можно сказать, что и город – это ничего кроме определенной упорядоченности камней и железных прутьев. Поставить камень на камень не так уж сложно и долго, не намного сложнее, чем написать слово. Ценность в том, что все эти камни лежат в определенном порядке. Только в этом сущность города.
Коренное отличие информационного объекта от физического видят в почти мгновенной переносимости информационного объекта. Однако, это тонкий вопрос. Скопировать дискету или даже целый жесткий диск можно довольно быстро, но это – свойство конкретного носителя информационного объекта. При этом сложность объекта, носимого в компьютере, до сих пор несравнима со сложностью объектов в человеческой голове. А переносимость объектов в голове тоже прямо зависит от их сложности. Скажем, популистская идеология или песня-шлягер, как объекты невысокой сложности, могут быть перенесены и размножены достаточно быстро. Но и ценность подобных объектов невелика.
Когда речь идет о чем-то более существенном и плодотворном, например, об университетском образовании, время переноса растягивается на годы. Некоторые информационные объекты, как например, гениальное художественное или научное видение, вообще практически непереносимы, как египетские пирамиды. Существуют в единственном экземпляре в том носителе, в котором были рождены.
Фактически информационный объект «программа» состоит из множества объектов, часть из которых существенно физические, как то компьютер или система электропитания (включая электростанцию). Кроме того – знания человека по пользованию компьютером и этой программой, знания человека по предметной области этой программы и так далее. Сам код программы – это только узкое горлышко во всей этой системе. Код существует в инфраструктуре и полностью от нее зависит.
Чтоб размножить автомобиль, необходимо энное количество металла, технологическая линия, и время. Чтоб размножить программу, кажется, необходимо только нажать на кнопку. Но, готовый автомобиль уже включает в себя довольно большую часть своей инфраструктуры. Если поставить его в пустыне, залив бак горючим, то он заведется и поедет, чего трудно ожидать от брошенных на камни дисков с кодом программы.
Чтоб проводить аналогии между информацией об автомобиле и самим автомобилем, нужно говорить о копировании полной спецификации всех узлов машины, всех технологий связанных с ее производством и еще многих других вещей, включая правила дорожного движения. Копирование такого объема информации с диска на диск уже не покажется легкой и быстрой задачей. Проще подогнать к воротам готовую машину.
С другой стороны, и в физическом мире есть примеры почти мгновенной переносимости объектов. Например, инфраструктура аэропортов и самолетов позволяет переносить людей и грузы почти мгновенно на расстояния, немыслимые с точки зрения чистой природы. Так же и конвейер, или процесс размножения живых организмов – обеспечивают дешевое и быстрое размножение уже спроектированных когда-то физических объектов. Вопрос – физических ли?
Так что процесс того, что мы сейчас называем «развитие информационных технологий» правильнее было бы назвать процессом «выделения переносимой компоненты в информационных объектах». И тут же обобщить «информационный объект» до «информационно-физического объекта».
Когда говорят о культуре и искусстве, то эту дуальность часто описывают введением понятий «первая реальность» и «вторая реальность». Вторая реальность, культура – это и есть информационная компонента, созданная человеком на основе отделенного физического носителя. Вторая реальность создается в кодах, определенных человеком для данной инфраструктуры.
В устном предании информационная компонента неразрывно соединена с ее носителем и создателем – рассказчиком. С другой стороны, рассказчик как целое не требует для себя никакой инфраструктуры. Он может рассказать историю в любое время в любом месте. Он может изменить существующий рассказ или придумать новый вне зависимости от того, где он находится и какие средства у него под рукой.
