Мир физики и физика мира. Простые законы мироздания - [11]
Редукционизм
Многое в современной науке построено на следующей идее: понять какое-то сложное свойство этого мира можно, только разделив его на составляющие. Это как с часами, которые надо разобрать, чтобы рассмотреть, каким образом все колесики и шестеренки цепляются друг за друга, заставляя часы работать.
Теория о том, что целое является суммой его частей, известна как редукционизм, и она по сей день является столпом, на который опираются многие науки. Она восходит корнями к греческому философу Демокриту и его теории атомизма, гласившей, что материю нельзя бесконечно делить на более мелкие части, поскольку она состоит из цельных структурных элементов. Более поздние философы, Платон и Аристотель, отвергали атомизм и считали, что в мире есть еще что-то, что они представляли как «форму вещей», которой следует дополнять сами субстанции. Взять, например, форму статуи. Значение и суть статуи – нечто большее, чем тот камень, из которого она сделана. Это расплывчатое метафизическое понятие не вошло в современную физику. Однако, если смотреть на вещи с этой точки зрения, легче понять аргументы против редукционизма.
Возьмем другой пример – воду. Можно сколько угодно изучать свойства молекулы H>2O – геометрию связей между атомами кислорода и водорода и законы квантовой механики, управляющие ими, то, как молекулы воды прикрепляются друг к другу и какую образуют структуру, и так далее. Но мы никогда не сможем вывести свойство «влажности» воды, анализируя лишь ее элементы на молекулярном уровне. Это «новое» свойство становится очевидным, только когда мы наблюдаем триллионы молекул воды в их совокупности.
Значит ли это, что целое – это больше, чем сумма его частей, в том смысле, что нам нужна какая-то дополнительная физика, чтобы объяснить, к примеру, свойства материи в массе? Не обязательно. Идея вновь возникающих физических свойств, таких как тепло, давление или влажность, которые не имеют аналогов на уровне атомной физики, не означает, что система – это нечто большее, чем сумма ее частей, при условии, что эти новые свойства основаны на более фундаментальных концепциях, например электромагнитные силы между субатомными частицами в случае воды.
Редукционистская гипотеза получила новое развитие, когда физики XIX века попытались исследовать свойства сложных систем, которые не подчинялись простым законам ньютоновской механики. Так, открытия Джеймса Максвелла и Людвига Больцмана привели к тому, что к концу века возникли две новые области физики – термодинамика и статистическая механика, что помогло ученым исследовать системы, состоящие из множества частиц, рассматривая их «оптом». (Мы более подробно поговорим об этих разделах физики в главе 6).
Таким образом, хотя нельзя измерить температуру и давление газа, изучая, каким образом отдельные молекулы вибрируют и сталкиваются друг с другом, мы все-таки признаем, что температура и давление определяются не чем иным, как коллективным поведением отдельных молекул. А чем же еще?
Однако, хотя эту редукционистскую идею нельзя считать ложной – в том смысле, что нет никаких волшебных физических процессов, которые бы вдруг возникали, когда мы удаляемся от молекулярного масштаба, – она никак не помогает нам описывать свойства сложных систем. Но, чтобы узнать и понять, как на основании совокупного поведения составляющих частей в системе могут возникать какие-то новые свойства, нам нужна не «новая» физика или «больше» физики. Нобелевский лауреат Филип Андерсон изложил эту мысль в своей знаменитой работе «Много – это другое дело» (More is different).[12]
Однако понимать, что для исследования массива, полученного объединением составляющих его элементов (частиц, атомов и молекул), необходимо больше физики, – это не то же самое, что знать, какой физики нам не хватает. Это становится ясно, если попытаться составить единую картину физической Вселенной. Например, мы еще не умеем выводить законы термодинамики из Стандартной модели физики частиц – или, собственно, делать обратное, поскольку неясно, какой из этих двух столпов физики является более фундаментальным. И мы еще дальше от понимания того, например, что отличает живое от неживого. В конечном счете и я, и вы – все мы состоим из атомов, а то, что мы живы, – это не просто вопрос сложности, поскольку живой организм с точки зрения его атомной структуры не более сложен, чем такой же, но мертвый организм.
И все же… наверное, можно мечтать о том времени, когда мы разработаем единую физическую теорию, которая будет лежать в основе всех природных явлений. До тех пор достаточно помнить, что редукционистская гипотеза имеет серьезные ограничения, а нам нужно пользоваться различными теориями и моделями, в зависимости от того, что мы пытаемся описать.
Пределы универсальности
Несмотря на наше стремление найти универсальные законы физики, ограниченность редукционизма указывает на тот факт, что иногда физические объекты ведут себя по-разному в зависимости от масштабов явления, и анализировать их надо, опираясь на соответствующую модель или теорию. Например, если рассматривать уровень планет, звезд и галактик, то в этом мире главенствует сила тяготения – она поддерживает структуру Вселенной. Однако на уровне атомов она не играет никакой сколько-нибудь заметной роли, поскольку там доминируют другие три силы: электромагнетизм и слабые/сильные ядерные силы. Наверное, самая большая нерешенная проблема всей физики, о которой мы поговорим в главе 5, заключается в том, что законы физики, описывающие наш так называемый классический мир материи, энергии, пространства и времени, просто не работают, когда мы сужаем этот мир до отдельных атомов, где начинают работать совершенно иные законы квантовой механики.
Жизнь — самый экстраординарный феномен в наблюдаемой Вселенной; но как возникла жизнь? Даже в эпоху клонирования и синтетической биологии остается справедливой замечательная истина: никому еще не удалось создать живое из полностью неживых материалов. Жизнь возникает только от жизни. Выходит, мы до сих пор упускаем какой-то из ее основополагающих компонентов? Подобно книге Ричарда Докинза «Эгоистичный ген», позволившей в новом свете взглянуть на эволюционный процесс, книга «Жизнь на грани» изменяет наши представления о фундаментальных движущих силах этого мира.
Пища всегда была нашей естественной и неизбежной потребностью, но отношение к ней менялось с изменением социальных условий. Красноречивым свидетельством этого является тот огромный интерес к разнообразным продуктам питания, к их природе и свойствам, который проявляет сегодня каждый из нас. Только, достигнув высокого уровня жизни и культуры, человек, свободный от проблемы — где и как добыть пищу, имеет возможность выбирать из огромного ассортимента высококачественных продуктов то, что отвечает его вкусу, что полезнее и нужнее ему, и не только выбирать, но и руководить своим питанием, строить его сообразно требованиям науки о питании и запросам собственного организма.
Курс по скорочтению рассчитан на четыре недели. Имея дело с чтением, наиболее важным является наслаждение им. Не важно, что вы читаете: техническую литературу, детские книжки, романы или статьи в журналах, наслаждение – самый важный компонент эффективного чтения. Расслабьтесь, позвольте интересу завладеть вами... .
В работе проанализированы малоисследованные в нашей литературе социально-культурные концепции выдающегося немецкого философа, получившие названия «радикализации критического самосознания индивида», «просвещенной общественности», «коммуникативной радициональности», а также «теоретиколингвистическая» и «психоаналитическая» модели. Автором показано, что основной смысл социокультурных концепций Ю. Хабермаса состоит не только в критико-рефлексивном, но и конструктивном отношении к социальной реальности, развивающем просветительские традиции незавершенного проекта модерна.
Пражская весна – процесс демократизации общественной и политической жизни в Чехословакии – был с энтузиазмом поддержан большинством населения Чехословацкой социалистической республики. 21 августа этот процесс был прерван вторжением в ЧССР войск пяти стран Варшавского договора – СССР, ГДР, Польши, Румынии и Венгрии. В советских средствах массовой информации вторжение преподносилось как акт «братской помощи» народам Чехословакии, единодушно одобряемый всем советским народом. Чешский журналист Йозеф Паздерка поставил своей целью выяснить, как в действительности воспринимались в СССР события августа 1968-го.
Книга посвящена первой успешной вооруженной революции в Латинской Америке после кубинской – Сандинистской революции в Никарагуа, победившей в июле 1979 года.В книге дан краткий очерк истории Никарагуа, подробно описана борьба генерала Аугусто Сандино против американской оккупации в 1927–1933 годах. Анализируется военная и экономическая политика диктатуры клана Сомосы (1936–1979 годы), позволившая ей так долго и эффективно подавлять народное недовольство. Особое внимание уделяется роли США в укреплении режима Сомосы, а также истории Сандинистского фронта национального освобождения (СФНО) – той силы, которая в итоге смогла победоносно завершить революцию.
Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной.
Наше происхождение началось не на Земле, а, на самом деле, в космосе. Основываясь на научных открытиях и исследованиях, где пересекаются несколько наук — геология, биология, астрофизика и космология, — вы узнаете, как сформировались наши знания о космосе. В этой книге Нил Деграсс Тайсон и Дональд Голдсмит отправят вас в космический тур, где вы узнаете о рождении галактики, исследованиях Марса, об открытии воды на одной из лун Юпитера и многое другое.
«Карло Ровелли – это человек, который сделал физику сексуальной, ученый, которого мы называем следующим Стивеном Хокингом». – The Times Magazine Что есть время и пространство? Откуда берется материя? Что такое реальность? «Главный парадокс науки состоит в том, что, открывая нам твердые и надежные знания о природе, она в то же время стремительно меняет ею же созданные представления о реальности. Эта парадоксальность как нельзя лучше отражена в книге Карло Ровелли, которая посвящена самой острой проблеме современной фундаментальной физики – поискам квантовой теории гравитации. Упоминание этого названия многие слышали в сериале “Теория Большого взрыва”, но узнать, в чем смысл петлевой гравитации, было почти негде.
Надеемся, что отсутствие формул в книге не отпугнет потенциальных читателей. Шон Кэрролл – физик-теоретик и один из самых известных в мире популяризаторов науки – заставляет нас по-новому взглянуть на физику. Столкновение с главной загадкой квантовой механики полностью поменяет наши представления о пространстве и времени. Большинство физиков не сознают неприятный факт: их любимая наука находится в кризисе с 1927 года. В квантовой механике с самого начала существовали бросающиеся в глаза пробелы, которые просто игнорировались.