Готовый перевод Terry Pratchett The Science of Discworld I / Терри Пратчетт Наука Плоского Мира I: TWELVE WHERE DO RULES COME FROM?

Что-то заставляет Круглый мир вести себя странно.

.

.

Кажется, он подчиняется правилам.

Или просто создаëт свои правила по ходу развития.

Иссак Ньютон учил нас, что мир держится на правилах и они математические.

В его дни это называли "законом природы", но "закон" это слишком сильное, слишком категоричное и слишком высокомерное слово.

Но в тоже время кажется, что существуют более или менее глубокие модели того, как работает наша вселенная.

Люди могут сформулировать это модели как математические правила, и использовать полученные описания чтобы выработать понимание некоторых аспектов природы до того казавшихся таинственными, и даже использовать их чтобы создать инструменты, машины, технологию.

Томас Мальтус заставил многих людей изменить своё мнение, когда он сформулировал свой математический закон общественного поведения.

Он говорил, что пища увеличивается в арифметической прогрессии (1-2-3-4-5), а население растёт в геометрической прогрессии (1-2-4-8-16).

Какими бы не были темпы роста, в конечном итоге рост населения всегда будет опережать рост пропитания - всегда есть пределы роста.

[20]Закон Мальтуса показывает, что существуют правила Тут Внизу и Там Высоко, и говорит о том, что бедность не является результатом зла или греха.

Правила могут иметь серьезные последствия.

Что такое правила? Говорят ли они нам как вселенная "действительно" работает, или заставляет наш ищущий мозг изобретать или выбирать их? Существует две главное точки зрения.

Первая - это религиозный фундаментализм, как, например, у талибов или баптистов, но на самом деле это такой же фундаментализм, как и у эксквизитора Ворбиса, который высказал свою позицию по этому поводу: ' .

.

.

то, что приходит к нам через наши чувства не есть абсолютная правда.

Вещи, которые мы видим, и слышим, и создаём плотью не более чем тени более глубокой реальности.

'
Научный же фундаментализм настаивает, что есть один набор правил, Теория Всего, который не описывает природу достаточно хорошо, но естественен.

Около трёх веков наука кажется сходилась как система: чем серьезнее становились наши естественные теории становились, тем проще они становились.

В философии эта точка зрения известна как редукционизм, она предполагает разделение предмета на части, рассмотрения этих частей в отдельности и их взаимосвязи, и посредством частей объясняет целое.

Это очень эффективная исследовательская стратегия, которая служит нам уже долгое время.

Нам сейчас удалось сократить количество наших самых сложных теорий всего до двух: квантовой механики и релятивизма.

Квантовая механика использовалась для описания вселенной очень маленьких масштабах, субатомные масштабах, но вскоре стала использоваться в самых больших из всех - теории происхождения вселенной в результате Большого Взрыва.

Релятивисткая теория изначально использовалась для описания вселенной в очень крупных масштабах, сверхгалактических, но позже стала использоваться в самых меньших из всех - квантовых эффектов гравитации.

Однако, обе теории полностью расходятся коренным образом в описании вселенной и природы и законов, которым они подчинятются.

Теория Всего, как надеются, искусно доработает обе теории и таким образом они вместе без зазоров соединятся в общее целое, продолжая хорошо функционировать в соответствующих областях.

Когда всё будет сведено к Окончательному Правилу, редукционным выполнит свою задачу и вселенная будет полностью исследована.

Другая крайняя версия это альтернативный взгляд на то, что нет определённых правил, как и то, что на самом деле нет совершенно точных правил вобще.

То, что мы называем законом природы это лишь приближения, сделанные человеком к закономерностям, что возникают в определённых специальных областях науки - химических молекулах, динамике галактики, где угодно.

Нет никаких оснований почему наши описания закономерностей молекулярного мира и закономерностей в галактиках должны быть частью некой более сложного набора закономерностей что объясняет и то и другое, как например шахматы и футбол могли как-нибудь быть аспектами некой большей игры.

Вселенная может идеально действовать на всех уровнях по неким моделям без наличия какой либо единой модели или правила, которому должно подчинятся всё.

Если это так, каждый набор правил должен быть укомплектован ведомостью, того в каких областях он может быть без опаски использовано для описания - "используйте эти правила для молекул из не менее ста атомов" или "эти правила работают для галактики, при условии, что вы не спрашиваете о звёздах их составляющих".

Большинство таких правил скорее контекстуальны, чем редукционисткие - они объясняют почему вещи работают именно так, рассматривая их снаружи.

Эволюция, особенно то как она понималась до открытия ДНК, один из самых ярких примеров такого стиля мышления.

Животные эволюционируют под воздействием среды в корой живут, включая и других животных.

Любопытная особенность такого взгляда, это то что в значительной степени система сама создаёт правила и сама же им подчиняется.

Также как если бы в игре в шахматы использовались бы дополнительные клетки, на которой новый вид шахматных фигур может перемещаться по новому.

Способна ли целая вселенная иногда устанавливать свои собственные правила и по ним же действовать? Мы предполагали больше чем пару раз: есть смысл в том, что это может случаться.

Трудно увидеть как правила для материи могли действительно "существовать" когда не было и материи, а только радиация - такая какая была на ранней стадии Большого Взрыва.

Фундаменталисты будут утверждать что закономерности для материи были всегда включены в Теорию Всего, и возникли когда появилась материя.

Нам интересно, создал ли некий "фазовый переход" материю и правила для неё.

В физике ничего такого быть может и не могло, но в биологии точно.

До возникновения организмов не могло быть никаких законов эволюции.

Как более приятный пример, представим себе камень скатывающийся по ухабистому склону горы, скользящему по траве, отскакивающего от больших валунов, расплескивающего лужи грязи, и в конечном итоге упершегося в корни дерева.

Если теория фундементалисткого редукционизма верна, тогда каждый аспект движения камня, вплоть до того как примята трава, какой рисунок из грязи получается из разбрызгиваемой грязи, и почему в конце концов здесь растёт это дерево, происходит из единого свода правил - Теории Всего.

Камень "знает" как катиться, скользить, отскакивать, расплескивать и останавливаться поскольку Теория Всего это описывает.

Более того: Поскольку Теория Всего верна, камень сам создаёт её логические последствия, скатываясь вниз по склону.

В принципе можно предсказать что камень врежется в конкретное дерево, просто выделив необходимые выводы из Теории Всего.

Такая причинность, вызываемая этой точкой зрения, предполагает, единственная причина для всего происходящего - это Теория Всего.

Альтернативой является то, что вселенная делает всё что угодно, а камень в некотором смысле изучает последствия этих поступков.

Он не "знает", что можно скользить по траве, пока не упадёт на траву и не заскользит сам.

Он не "знает" как расплёскивать грязь из лужи, но когда попадает в лужу, это происходит.

Ну и так далее.

Затем приходим мы, люди, наблюдаем за камнем, и начинаем искать закономерности.

"Да, он так скользит потому что трение действует так".

.

.

"И соответственно законам гидродинамики, грязь должна расплескиваться вот так".

.

.

Мы знаем, что эти правила человеческого уровня - грубые приближения, потому то мы их и изобрели.

В грязи есть комки, но правила гидродинамики не принимают комки во внимание.

Трение это нечто более сложное, включающее "слипание" молекул и "разлипание" обратно, но мы можем понять многое, считая его силой, которая сопротивляется движущимся телам при контакте с поверхностью.

Поскольку наши теории лишь упрощения, мы чрезвычайно рады, когда некоторые более общие принципы приводят к точным результатам.

Тогда мы, действуя не совсем осторожно, путаем "новая теория даёт результаты наиболее близкие к реальности, чем старая" и "новая теория ближе к реальности, чем старая".

Но это не обязательно так: мы могли бы получить более точные описания даже если наши представления отличны от того, что "на самом деле" происходит во вселенной.

Что действительно не может подразумевать наличия точных и изящных закономерностей.

Есть большая разница между записью Теории Всего и пониманием её последствий.

Существует математические системы наглядно это показывающие, и одна из самых простейших это - Муравей Лэгтона, восходящая звезда в компьютерном программировании.

Муравей бродит по бесконечной сетке из квадратов.

Каждый раз, когда он ступает на квадрат, квадрат меняет цвет с чёрного на белый или с белого на чёрный, кроме того, наступив на белый квадрат, он поворачивает направо, а ступив на чёрный квадрат, он поворачивает налево.

Итак, нам известна теория всего для вселенной муравья - правило полностью управляет его поведением, ограничивая то, что может произойти в очень малых масштабах. И всё что происходит в этой вселенной может быть "объяснено" правилом.

Когда вы наблюдаете муравья в движении, в действительности вы видите три различные модели поведения.

Каждый - математик или нет - сразу их замечает.

Что-то в нашем сознании делает нас способными понять разницу, и это никак не соотноситься с правилом.

Одно правило всё время, но мы отчётливо видим три фазы:
- ПРОСТОТА: Во время первых двухсот или трёхсот ходов муравей на совершенно белой сетке создаёт очень маленькие рисунки и часто довольно симметричные.

Вы сидите здесь и думаете: "Конечно, у нас есть простое правило, так что и получаются простые узоры, и мы можем описать всё что происходит простым способом."

- ХАОС: Потом, внезапно, вы замечаете что это больше ни на что ни похоже.

У вас теперь большой участок черных и белых квадратов, и муравей бродит в некотором роде случайно, и в этом нельзя рассмотреть какой-либо структуры.

Для муравья Лэгтона этот вид псевдослучайного движения случается на протяжении около 10 тысяч шагов.

Так что если у вас не очень мощный компьютер, то вы можете просидеть здесь довольно долгое время, приговаривая : "Ничего интересного не случится, так будет продолжаться всегда, это просто случайность."

Нет, всё как и прежде подчиняется правилу.

Просто для нас это кажется случайностью.

- ВОЗНИКАЮЩАЯ УПОРЯДОЧЕННОСТЬ. В конце концов, муравей застревает на определённом виде поведения и начинает прокладывать "дорогу".

Происходит цикл из 104 шагов, после которого муравей меняет цвета двух квадратов по диагонали, при этом цвета квадратов с краю остаются такими, какими они были в начале цикла.

Так, этот цикл может повторятся вечно, и муравей просто движется по диагонали.

Эти три модели поведения муравья все следствия одного и того же правила, но сами находятся на другом уровне

Нет ни одного правила говорящего о "дороге".

"Дорога", конечно, простая вещь, цикл из 104 шагов не столь ясное следствие из правила.

Фактически, единственный способ математически доказать что муравей действительно прокладывает дорогу это отследить всё 10 тысяч шагов.

В этом случае, мы может сказать "Теперь мы понимаем почему муравей Лэгтона прокладывает дорогу".

Но никак не раньше.

Однако, если мы спрашиваем несколько больше общих вопросов, мы осознаём, что мы не должны понимать муравья Лэгтона вообще.

Предположим, что перед тем как муравей начнёт свой путь, мы создадим условия - перекрасим некоторые квадраты в чёрный.

Теперь давайте зададим простой вопрос: всегда ли муравей в конечном итоге строит дорогу? Никто не знает.

Все эксперименты на компьютере полагают, что да.

С другой стороны, никто не может доказать что это так.

Возможно существует некоторое неизвестное расположение квадратов и тогда муравей демонстрирует совершенно другое поведение.

Или может быть его дорога будет значительно больше.

Возможно существует цикл в 1 349 772 115 998 шагов, который строит совсем другой тип дороги, если вы начнёте правильно.

Мы не знаем.

Так для этой очень простой математической системы, с одним простым правилом и мы знаем, что Теория Всего..

.

.

не говорит нам ответа.

Муравей Лэгтона это наша иллюстрация к очень важной идее: возникновение. Простые правила могут привести к большим и сложным моделям.

И вопрос здесь не в том, что на самом деле происходит во вселенной.

А в том, как мы понимаем вещи и как мы структурируем их в своём сознании.

Простой муравей и его клетчатая вселенная технически является сложной системой (она состоит из большого числа сущностей, что взаимодействуют друг с другом, даже если большинство их них просто квадраты, что меняют цвет, когда муравей идёт по ним.)

Мы можем создать систему и установить для неё простые правила, которые, согласно "здравому смыслу" должны привести к довольно скучному будущему, и мы часто обнаруживаем, что это привело к достаточно сложным результатам.

И они будут неожиданными - то есть у нас нет никаких практических способов чтобы узнать, что происходит, кроме..

.

.

ну, наблюдения.

Муравей должен танцевать.

Здесь нет коротких путей.

Явление внезапности, которое вы не можете предсказать заранее, так как же как и обычные не-внезапные являются логическими следствиями правил.

И вы не имеете представления о том, какими они могли бы быть.

Компьютер вряд ли поможет - всё что он сможет сделать, это запустить муравья очень быстро.

Здесь будет полезной "географическая" иллюстрация.

"Фазовое пространство" системы это пространство всех возможных состояний - все вещи, которые могут произойти, а не те которые происходят.

Фазовое пространство муравья Лэгтона состоит из возможных способов размещения черных и белых квадратов на сетке, а не только из тех, которыми пользуется муравей следуя правилам.

Фазовое пространство эволюции это все возможные организмы, а не только те, что существуют или существовали раньше.

Плоский мир - это одна из точек фазового пространства возможных миров.

Фазовое пространство имеет дело со всем что может быть, а не только с тем, что есть.

В такой образности, свойства системы это структуры в фазовом пространстве что в точности определяют "географию".

Фазовое пространство внезапной системы неописуемо сложно: общий термин для таких фазовых пространств это "Муравьиная страна",о которой можно сказать что она является сложной формой бескрайнего пригорода.

Чтобы понять свойство внезапности вам следует его найти не прибегая к путешествию по Муравьиной стране шаг за шагом.

Такая же проблема возникает когда вы пытаетесь начать с Теории Всего и выработать её следствия.

Мы можете быть подкованным по всем микро-правилам, но это не значит, что вы понимаете их макро-следствия.

Теория Всего может поведать вам о проблеме на точном языке, но она не поможет вам её решить.

Предположим, например, что у нас есть очень точные правила для фундаментальных частиц, правила что действительно управляют всем связанным с ними.

Вопреки тому, что совершенно ясно, что эти правила вряд ли хорошо помогут понять что-нибудь вроде экономики.

Мы хотим понять кого-то, кто идёт в супермаркет, выбирает немного бананов и платит некоторые деньги.

Как здесь применить правила для частиц? Нам придётся написать уравнение для каждой частицы в теле покупателя, бананов, записке, что переходит от покупателя к кассиру.

Наше описание операции - деньги за бананы - и наши объяснения этого в терминах ужасно сложных уравнений фундаментальных частиц.

Решение уравнения ещё сложнее.

И это не единственный фрукт, что продаётся.

Мы не хотим этим сказать, что во вселенной всё происходит по-другому.

Мы имеем в виду, что даже если это и так, это не поможет нам чего-либо понять.

Существует большой промежуток внезапности между Теорией всего и её следствиями.

Многим философам, похоже, пришла в голову идея что при явлении внезапности цепь причинно-следственной связи разрывается.

Если наши мысли это внезапные свойства нашего мозга, тогда для многих философов они не обусловлены физически нервными импульсами, электрическими токами и химией мозга.

Мы так не считаем.

И думаем что это полная ерунда.

Мы вполне счастливы, что наши мысли обусловлены этими физическими объектами, но мы не можем описывать чьё-либо восприятие или память в терминах электрических токов и химических веществ.

Человеческие существа никогда не понимают вещи таким образом.

Они понимают вещи, сохраняя их простоту - в случае Аркканцлера Чудакулли, чем проще - тем лучше.

Немного рассказия будет не лишним: чем проще история, тем лучше её понять.

Рассказывание историй противоположно редукционизму; 33 буквы и некоторые грамматические правила - это ещё не история.

Один комплекс современных правил физики ставит больше философских вопросов, чем все вместе взятые, и это - квантовая механика.

Ньютоновские правила объясняют вселенную в терминах силы, позиции, скорости, и прочих - вещей, которые человеческие существа чувствуют интуитивно и позволяющих нам рассказывать хорошие истории.

Примерно столетие назад, однако, стало ясно что скрытые проводки вселенной имели другие, менее интуитивные слои.

Такие понятия как положение и скорость не только перестали быть фундаментальными, они утратили чётко определённый смысл.

Этот новый слой объяснений, квантовая теория, говорит нам, что в малых масштабах правила случайны.

Вместо того, что бы что-то случалось или нет, может быть понемногу и того и другого.

Пустое пространство это бурлящая масса возможностей, и время это нечто что можно занять взаймы и вернуть. И если сделать это достаточно быстро, то вселенная не заметит.

И принцип неопределённости Гейзенберга гласит, что если вам известно местоположение чего-либо, то нельзя в это же время знать насколько быстро он движется.

Думминг Тупс может счесть себя счастливчиком, если ему не придётся объяснять всё это Аркканцлеру.

Для подробного обсуждения квантового мира потребуется отдельная книга, но есть одна тема что только выиграет от некоторых идей Плоского мира.

Это пресловутый случай с котом в коробке.

Квантовые объекты подчиняются Уравнению Шрёдингера, правилу, названному в честь Эрвина Шрёдингера, которой описал как "волновые функции" - волны квантовой природы - распространяются в пространстве и времени.

Атомы и их субатомные компоненты в действительности не являются частицами, они квантовые волновые функции.

Ранние пионеры квантовой механики имели достаточно проблем с решением уравнения Шрёдингера: они не хотели волноваться о его значении.

Так они собрались вместе и выработали положение-отговорку - "Копенгагенскую интерпретацию" наблюдений за квантами.

Она гласит, что когда бы вы ни наблюдали квантовую волновую функцию она мгновенно "сжимается" до конкретной частицы.

Кажется, что это наделяет человеческое сознание особым статусом - и даже предполагала, что наша цель во вселенной - наблюдать её, тем самым подтверждая её существование. Идея, которую волшебники НУ сочли само собой разумеющейся.

Шрёдингер, однако, думал что это глупо, и в подтверждение предоставил мысленный эксперимент известный как кот Шрёдингера.

Представьте ящик с крышкой, что прилегает настолько плотно, что ничего, даже намёк на квантовый всплеск, не может выбраться наружу.

Ящик содержит радиоактивный атом, которой в любой случайный момент распадётся и выделит частицы, и детектор частиц, что выпустит ядовитый газ, когда уловит что атом распался.

Посадите кота в ящик и закройте крышку.

Немного подождите.

Кот жив или мёртв? Если атом распался, то кот мёртв.

Если нет, он жив.

Однако, ящик запечатан, так что вы не можете наблюдать что внутри.

Если ненаблюдаемые квантовые системы это волны, правила кавнтовой механики гласят, что атом должен находится в "смешанном" состоянии - наполовину распавшимся, на половину нет.

Таким образом. кот, который является соединением атомов и так же может считаться за гигантскую квантовую систему, тоже находится в "смешанном состоянии": наполовину живым, наполовину мёртвым.

В 1935 году Шрёдингер отметил, что кошки не совсем такие.

Кошки - макроскопические системы с классическими да/нет в отношении физики.

Он отметил, что данная Копенгагенская интерпретация не объясняет или даже не имеет отсылок, о связи микроскопической квантовой физики с макроскопической классической физике.

Копенгагенская интерпретация заменяет сложный физический процесс, который мы не понимаем, неким волшебством: волна сжимается как только мы пытаемся на неё взглянуть.

Большую часть времени, что обсуждалась эта проблема, физикам удавалось перевернуть мнение Шрёдингера с ног на голову.

"Нет, квантовые волны действительно такие!" и они проводили огромное количество экспериментов чтобы доказать свою правоту.

Однако..

.

.

в этих экспериментах не было ни ящика, ни живого ни мёртвого кота.

У них были аналоги в квантовых масштабах - электрон в качестве кота, позитивный спин - живой, негативный - мёртвый, и ящик с китайскими стенками, через который видно всё, но вы упорно стараетесь этого не замечать.

Эти дискуссии и эксперименты - сказки для детей, целью которых является убедить следующее поколение физиков, что системы квантового уровня действительно ведут себя довольно странно.

Хорошо..

.

.

но это не имеет ничего общего с кошками.

Волшебники Незримого Университета, которые ничего не знаю об электронах, но ближе знакомые с кошками, не обманулись бы ни на минуту.

Или Гита Ягг, чей кот Грибо был закрыт в коробке в "Дамах и господах".

Грибо это такой тип котов, который может напасть на свирепого волка и съесть его.

[21] В книге "Ведьмы заграницей" он случайно съедает вампира, и ведьмы не могут понять, почему местные жители в таком восторге.

У Грибо свой собственный способ решения квантовых парадоксов: "Грибо провёл две раздражающие минуты в этой корробке"

Технически, кот закрытый в коробке может быть живым или мёртвым.

Вы никогда не узнаете пока не откроете.

Фактически, сам акт открытие коробки определит состояние кота, хотя в этом случае должны быть три состояния : 1) живой 2) мёртвый 3) чертовски рассержен.

Шрёдингер был поаплодировал.

Он говорил не о квантовых состояниях, он хоте выяснить как они связаны с обычной, классической физикой, и он мог заметить, что Копенгагенская интерпретация по этому поводу молчит.

Так как же классические ответы да\нет вытекают из квантовой Муравьиной страны? Ближе всего на такие вопросы отвечает концепция декогенетности, среди разработчиков которой были такие физик как Энтони Леггет, Роланд Омнс, Серж Арош и Луи Давидович.

Если у вас есть большое скопление квантовых волн и вы предоставите их самим себе, тогда они разлетятся кто куда.

Это то, чем классический предмет "действительно" является с квантовой точки зрения, и это значит, что кошки, фактически, ведут себя как кошки.

Эксперименты показывают, что тоже самое верно даже если роль детектора играет микроскопический квантовый объект: волновая функция фотона может сжаться даже не осознавая каких-либо наблюдателей, и в то же время он это делает.

Даже с квантовым котом, смерть наступает в момент, когда детектор замечает что атом распался.

Тут ума вовсе не требуется.

Вобщем, Аркканцлер, вселенная всегда присматривает за котом.

И дерево в лесу всегда подает со звуком, даже если никого рядом нет.

Лес-то всегда здесь.

.

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/26716/89149

Переводчики: Krevedko_boo, Mai_Ansel_NSU