Мир физики и физика мира. Простые законы мироздания - [33]

Конечно, проблема в том, что нам никогда не осуществить этого на практике. Эта неспособность с абсолютной точностью знать или контролировать изначальные условия в системе, а также дальнейшие воздействия на эту систему наблюдается даже для гораздо более простых систем, чем погода. Нельзя подбросить монетку точно так же, как в предыдущий раз, чтобы снова и снова добиваться одного и того же результата. Если я подбросил монетку и выпала решка, мне будет чрезвычайно трудно повторить этот трюк и заставить монетку вращаться одно и то же количество раз, чтобы уж точно выпала решка. В нашей детерминированной Вселенной наша судьба совершенно предопределена, и все же мы не можем ее предсказать хоть с какой-то степенью уверенности.

Но как же насчет квантовой механики? Разве здесь на самом фундаментальном уровне не работает истинная случайность или неопределенность? Разве квантовая механика не освобождает нас от скучного детерминизма и предопределенного будущего, в котором, как нам кажется, уже нет места для свободного выбора, а мы просто колесики в упорядоченном часовом механизме? Правда в том, что четкого ответа на этот вопрос еще нет. Кроме того, следует различать понятия непредсказуемости и индетерминизма. Безусловно, вероятностная природа квантового мира означает, что события непредсказуемы, что мы заранее точно не знаем, где окажется электрон, или в каком направлении он движется, или когда точно распадется радиоактивный атом. Все, что можно сделать с помощью квантовой механики, – определить вероятность результатов различных измерений. Однако, хотя непредсказуемость может свестись к истинному индетерминизму, математика квантовой теории этого не предполагает. Индетерминизм – это интерпретация, которую мы накладываем на математику, чтобы описать то, что мы измеряем. Например, большинство космологов выступают за интерпретацию квантовой механики в виде множества вселенных, где все полностью детерминировано.

Есть еще одна точка соприкосновения между непредсказуемостью, кажущейся произвольностью и физикой – феномен хаотичного поведения. В природе хаос наступает там, где в системе существует нестабильность, так что крохотные изменения в процессе ее развития во времени могут нарастать как снежный ком. И вот опять перед нами эффект бабочки. Иногда даже простые системы, развивающиеся по простым, детерминированным законам физики, ведут себя крайне непредсказуемо и сложно, что кажется абсолютно произвольным. Однако, в отличие от квантовой области, где мы не знаем, связана ли эта непредсказуемость с истинным индетерминизмом[25], непредсказуемость хаотичной системы, несмотря на все внешние признаки, не связана с истинной произвольностью.

У теории хаоса есть еще интересная оборотная сторона: простые правила, если их применять неоднократно, могут привести к внешне произвольному поведению, а потом вдруг образуют великолепные структуры и модели поведения, которые выглядят в высшей степени упорядоченными. Там, где не было никакой сложности, она неожиданно возникает во всей своей красе, при этом совершенно не нарушая второй закон термодинамики. Область науки, занимающаяся такого рода непредсказуемым поведением, известна как область комплексных систем, и она начинает играть основную скрипку во многих сферах, таких как биология, экономика и искусственный интеллект.

Таким образом, вполне может быть, что наша Вселенная является совершенно детерминированной системой, а всякая непредсказуемость относительно ее будущего связана только с нашей собственной неспособностью точно узнать, что же будет дальше.

Это, в свою очередь, может объясняться либо тем, что на квантовом уровне мы не способны наблюдать за состоянием системы, не вторгаясь в нее и не воздействуя тем самым на результат, либо тем, что на практике нам недоступны абсолютные знания о системе, а накопление неточностей означает, что мы не можем с уверенностью предсказать будущее.

Что такое время

Теперь, когда мы бегло познакомились с детерминизмом и произвольностью в физике, давайте снова вернемся к основной теме этой главы, а именно – к направленности времени с точки зрения законов термодинамики. Обратите внимание, ранее я уже знакомил вас с тремя различными взглядами на то, что есть время, причем каждый из них основан на одном из столпов физики.

Во-первых, согласно специальной теории относительности время не абсолютно; оно не бежит вперед независимо от событий, происходящих в трехмерном пространстве, – напротив, его следует свести с пространством в единый четырехмерный пространственно-временной комплекс. И это не просто математический фокус. Такой подход логически следует из свойств реального мира, он вновь и вновь подвергается экспериментальной проверке и каждый раз не противоречит устройству Вселенной. Теория всемирного тяготения Эйнштейна (общая теория относительности) декларирует, что пространство-время и есть гравитационное поле – чем сильнее поле, тем большему искривлению подвергается пространство-время. Таким образом, из теории относительности следует: время является составной частью физической ткани Вселенной, измерением, которое может быть растянуто или сжато силой тяготения.