Готовый перевод Terry Pratchett, Ian Stewart and Jack Cohen - The Science of Discworld IV / Терри Пратчетт, Иен Стюарт и Джек Коэн - Наука Плоского Мира IV: LONG ARM OF THE LORE/ Сила теории

В Плоском Мире есть Гильдия Адвокатов, при том что в нём нет упорядоченной правовой системы. Этого и следовало ожидать: адвокаты никогда бы не позволили таким мелочам встать у них на пути. Однако в Плоском Мире есть традиционный способ решения правовых споров - суд, в котором при желании может председательствовать Лорд Ветинари, Патриций Анк-Морпорка. В Плоском Мире, как во многих частях Круглого, разногласия относительно закона или предполагаемого его нарушения, являются объектом формальных процедур с участием письменных сводов законов прецедентов из других (зачастую совершенно не похожих) дел, аргументов, контраргументов, свидетелей и ..ах, да. и конечно доказательств.

Тем не менее, что считается доказательством?

Даже в странах Круглого Мира, которые считают себя демократическими, удивительно большая часть судебного процесса подразумевает ту или иную сторону, которая пытается обеспечить наличие или отсутствие ключевых доказательств, чтобы в выгодном свете представить своего клиента перед судом, добивающуюся соглашения о признании вины и как правило подрывающую процесс честного разбирательства. Закон торжествует над справедливостью.

Эта тенденция универсальна среди адвокатов обоих миров.

Однако в Круглом Мире есть законы другого рода. Его обитатели оптимистично называют его "законом природы", считая его правилами по которым действует их мир. Законы придуманные человеком можно нарушить, закон природы - нельзя. Он не является правилами созданными людьми, а утверждением о поведении вселенной. Научный суд так же оценивает доказательства, но с другой целью. Вместо определения вины или невиновности обвиняемого научные доказательства определяют истинность или ошибочность закона.

Но если бы всё было так просто.

Вот так мы думали в те безрассудные деньки, когда гравитация в самом деле уменьшалась пропорционально квадрату расстояния, свет был волной, а время не зависело от пространства. Бог был математиком, а вселенная заводным механизмом. Но теперь наряду с футболками с надписями в виде уравнения относительности, мы можем найти и другие, на надпись на которых гласит: "Точно не знаю, но сейчас я не слишком уверен".

Это в значительной степени подводит итог текущего состояния физических законов среди учёных. Сегодня ожидаем отмену давних "законов" природы, когда становятся доступными данные новых наблюдений и возникают новые контексты для законов. Химические законы не позволяют превращать другие металлы в золото, а вот законы ядерных реакций позволяют. То что мы называем законами кажется повторяющимися закономерностями физического мира, которые в ограниченных условиях мы можем довольно близко аппроксимировать при помощи математических уравнений. И вместо этого мы зачастую называем их "моделями" или "правилами", но в общем и целом продолжаем использовать слово "закон" для самых сильных и подтверждённых.

Отказ от убеждённости делает науку сильнее, потому что даёт учёным возможность пересмотреть свои взгляды, когда доказательства свидетельствуют не в их пользу. Но люди стремятся к определённости и многих из них трудно понять почему просвещённое сомнение является преимуществом. Оно открывает огромные возможности для рассказывающей истории обезьяны, которая требует драмы и борьбы между обвинением и защитой. В этом случае учёный может столкнуться с другим, потому что у каждого есть свои представления о том, что такое законы природы. Или наука может столкнуться с антинаукой на суде общественного мнения - рак лёгких против табачной индустрии, теория эволюции против теории разумного замысла, климатические изменения против скептического их отрицания.

Сейчас человеческие законы и законы природы начинают походить друг на друга, потому что опять таки весь исход дела определяет не доказательство как таковое, а то, принято ли оно во внимание, и как оно интерпретируется. Вместо людей, объединившихся в поисках ответа на вопрос о том как устроена природа, мы находим и тех, кто уже знает как устроен природа и используют все возможности чтобы навязать всем своё мнение. Научное сомнение припасло для последнего верное средство: наука открыта для критики и на самом деле не знает ничего точно.

Учёные не принимают законов, не исполняют их, и не пытаются от них увильнуть. Подобно социальным релятивистом и постмодернистам они не собираются и не решают какие законы будут соответствовать их целям и считаться правильными. Напротив, ученые Круглого Мира, а так же их предшественники - специалисты в области натурфилософии - всегда уделяли большое внимание исследованиям потенциальных последствий гипотетических версий законов природы, надеясь либо подтвердить теорию либо опровергнуть. Будучи людьми они склонны подтверждать свои собственные теории и опровергать теории оппонентов, но большая часть из них прилагает большие усилия чтобы избежать такого вида наклонностей, если доказательства их ошибочного мнения достаточно сильны.

Актуальным примером является Ричард Мюллер, глава проекта земли 2009 университета Беркли и (до июля 2012) заметный скептик относительно климатических изменений. В анализе, направленном на опровержении заявленных доказательств антропогенного характера изменения климата, Проектом (финансируемой группой, которая поддерживает лоббирование противостоянию действиям оказывающих влияния на климат) были произведены исследования свежих данных по изменению температуры Земли за последние двести пятьдесят лет. В этом случае исследование соответствовало общей линии и подтвердило существующие доказательства причастности к глобальному потеплению человека. Анализ показал, что в течении этого периода средняя температура Земли увеличилась на 1,5°C. Увеличение температуры на две трети от этого числа произошло в течении последних пятидесяти лет.

Мюллер вскоре (1) объявил что его предыдущие опасения относительно возможных ошибок при сборе и анализе данных оказались необоснованными. "В прошлом году" - говорит он - "я пришёл к выводу о реальности глобального потепления и первоначальная оценка скорости потепления оказалась верной. Теперь пошёл дальше: человечество является его единственной причиной."

Вот в чём различие между скептицизмом и отрицанием.

С законом природы связаны два больших философских вопроса. Что это такое? И откуда они взялись? Дело усложняет ещё и то, что эта фраза сама по себе может иметь несколько значений.Философ Томас Гоббс, опубликовавший «Левиафана» в 1651 году, сделал предположение о самом важном данном Богом законе: «Первый закон природы таков, что каждый человек должен стремиться к миру и надеяться на его обретение». Этот закон и определял то, что должно делать человечество. Ещё одну попытку предпринял Джон Лок, один из ранних членов Королевского общества, который с энтузиазмом предположил, что Бог выступал против рабства: «В царстве природы есть закон природы, которому она подвластна и все ему подчиняются: причиной, по которой этот закон служить примером для всего человечества, является то перед ним все равны и независимы, и никто не вправе ущемлять жизни, здоровья, свободы или собственности.» Замечательно: найдите причину и создайте систему всеобщей свободы. Возможно, для начала это будет неплохо. Но потом вам придётся сделать исключения: разумеется для ведьм и детей ворующих хлеб, ну или для злодеев в общем. В рамках заданного понятия «злодейства».

В этом смысле законы природы в нашем обычном их понимании куда ближе к законам человеческого общества, чем к законам физики. Примерами являются закон всемирного тяготения и закон Ома, который описывают отношение напряжения, силы тока и сопротивления в электрической цепи. Это значение ближе к тому «как всё работает». Именно оно послужит нам отправной точкой.

В книге «Природа физических законов» Ричард Файнман пишет, что для того чтобы открыть закон природы, мы начинаем с выдвижения гипотезы вроде теории гравитационного притяжения Ньютона. А затем мы производим некие вычисления, чтобы узнать подтверждается ли наша гипотеза примерами. И все эти примеры становятся всё больше и больше – от легендарного яблока (2) до Луны, планетарных орбит, так же до лабораторного открытия того что большие и тяжелые сферы немного друг друга притягивают и до того что возможно галактики на больших расстояниях оказывают друг на друга гравитационное взаимодействие. Так мы можем возвести теорию в ранг закона.

Всё это снова возвращает нас к Большому Андронному Коллайдеру и той же душещипательной истории с открытием бозона Хиггса – долгожданной фундаментальной частицы, чьи поиски наконец увенчались успехом, которая помогла разобраться с массами остальных шестнадцати частиц в «стандартной модели» практической физики. То, что раньше крайне отвергалось, сейчас превратилось в уважаемую традиционность, так что стандартная модель сделала большой шаг вперёд на пути к тому, чтобы стать законом природы. Однако она ещё не заслужила такого статуса, поскольку существующая форма знаний оставляет возможными несколько альтернативных вариантов.

Если быть оптимистичными, то к концу 2011 года бозон Хиггса был лишь едва различимым, статистически не значимым отклонением на графике с энергией около 125 ГэВ (миллиард электронвольт). К середине 2012 года то же отклонение достигло уровня значимости в 5 сигма, что означало что вероятность того, что он является иллюзией, составляет меньше одной двухмиллионной. 4 июля 2012 года ЦЕРН, европейская лаборатория, которая осуществляла запуск БАК объявила о существовании бозона Хиггса.

Ну во всяком случае, чего-то бозоноподобного и Хиггсообразного. (Популярная сейчас среди математических физиков теория под названием суперсимметрия предсказывает существование по крайней мере пяти Бозонов Хиггса. Так что возможно это только первый). Данные наблюдений полностью соответствуют предсказанному поведению бозона в рамках особенной теоретической конструкции, но некоторые ключевые характеристики реально существующей частицы ещё не были измерены. И пока не будет получено достоверных данных, никто не может быть уверен в том, что они будут соответствовать теории. Хотя теперь специалисты в области физики элементарных частиц знают где искать.

Журналисты, что характерно, упорно упоминают бозон Хиггса как «частицу Бога» без какой либо на то причины, кроме необходимости в ярком заголовке. Имя возникло из книги нобелевского лауреата Леона Линдермана «Частица бога: Если вселенная это ответ, то тогда каков вопрос?». Хотя без сомнения он назвал бы эту частицу чёртовой из-за всей поднявшейся суматохи. А его издатель был несколько благочестив.

Такая тактика всегда опасна. Возможно, именно поэтому некоторые религиозно убеждённые люди видят здесь связь между бозоном Хиггса и их понятием Бога – подобно тому как некоторым показалось, что в «Краткой истории времени» Стивен Хокинг использовал фразу «Божий замысел» как теологическое утверждение, а не метафору. Возможно и название частицы бога было отчаянной попыткой местных проповедников заявить (как сообщает New Scientist) что учёные теперь верят в Бога. И довод евангелистов о том что «Они разглядели его через Большой Андронный Калейдоскоп» был совершенно очевидным доказательством.

Конечно, просим прощения за «калейдоскоп», но эта оплошность совершенно незначительна в сравнении с утверждением о том, что учёные теперь уверовали в Бога, потому что наблюдали бозон Хиггса. Это всё равно что ссылаться на фотон в качестве доказательства виденного света.

Иену как математику очень даже нравится стандартная модель с дополнением в виде бозона Хиггса, хотя он обрадывался ещё больше, если бы, как предсказывал Хокинг, однажды выяснилось, что никакого бозона не существует. Это было бы ещё удивительней. А у биолога Джека опасений было больше. Его беспокоит то, что доказательства существования всех элементарных частиц зависит от научного истолкования данных и способа их получения. Не так то легко наблюдать новую частицу: нельзя просто поискать и увидеть её как в старые добрые времена. В частности бозон Хиггса можно обнаружить по его окружению. Он редко бывает один чтобы его можно было заметить. Он распадается в сложный поток из других частиц. Так что для того, чтобы говорить о существовании бозона Хиггса, вам необходимо искать именно такой поток частиц, на который распадается бозон.

По этой же аналогии, давайте рассмотрим пианино в понимании пианинологов: существ прекрасно разбирающихся в звуке, но не способных увидеть пианино или понять какой оно формы. Как они смогут узнать из чего сделан этот музыкальный инструмент?

Представим, что они бросают в него камешки. Время от времени брошенным камешкам удаётся извлечь какую-либо ноту. Мы знаем, что это происходит из-за того, то камешек попадает по клавише, но пианинологи слышат только музыку. Собрав данные, они обнаружат диапазон различных нот с милой математической структурой. Получается, что пианино состоит из паммов* разной частоты. Эксперименты с использованием больших количеств энергий обнаруживают присутствие новой и совсем другой пианино-частицы: бамма. (Мы-то знаем, что такой звук получается при закрытии крышки). И теперь всё становится куда сложнее. Список вскоре дополняет пианино, наряду с муанино и туанино и всем остальным.

* Памм – звук возникающий при ударе по клавише пианино.

Новые данные, полученные с использованием большого количества энергии, вместо того, чтобы всё объяснять, только мутят воду. И как же пианинологи собираются решать эти теоретические вопросы? Они получают огромные правительственные гранты чтобы проводить столкновения с использованием ещё большего количества энергии. Для этого требуется постройка четырёхэтажного БОК (Большого Отельного Коллайдера) и выталкивание пианино из окна четвёртого этажа в веками освещённой манере приезжих рок-звёзд. Результат выглядит впечатляюще, но чрезвычайно сложен для толкования. Тщательный анализ раскладывает получившийся звук на какофонию сотни разнообразных паммов, несколько видов баммов и кое-что ещё. Это кое-что, полученное выделением каждого известного компонента из общей массы звука, безусловно является долгожданным доказательством существования Большого Бумма, которого журналисты упорно продолжают называть пианино-частицей Бац – именем данным звуку с которым пианино сталкивается с гипотетическим полем..или автостоянкой.

Всё это доказывает что пианино имеет массу.

В связи со сложностью и вероятности возникновения ошибок в процедуре доказательства существования новой пианино-частицы, потребуется запуск в небытие нескольких миллионов пианино прежде чем результат достигнет статистической значимости. И об открытии будет сообщено только спустя месяцы после того как первый эксперимент оказался в заголовках газет.

И большим вопросом здесь ( у Иена и Джека есть разные, хотя и не слишком отличающиеся, представления об этом здесь) является вопрос о том, не идут ли учёные в области физики элементарных частиц в своём непонимании природы материи по пути пианинологов с их безрезультатными попытками познать пианино. Конечно, если ради интереса что-то уронить или столкнуть, то можно разбить эту вещь на составляющие компоненты, но это может стать причиной новых моделей поведения, которые по разумным соображениям составляющими компонентами считаться не могут. В самом ли деле физики узнали из чего состоит материя, или просто заставили её вести себя ещё более странно?

А если серьезно, то задумайтесь о том, как мы анализируем сами звуки. Учёные и инженеры любят разбивать сложные звуки на простые «составляющие» в виде синусоидальных вибраций различной частоты. «Синусоидальный» относиться к кривой математического синуса и самому простому чистому звуку. Эта техника носит название анализ Фурье - в честь Джозефа Фурье, который использовал её для изучения тепловых потоков в 1807 году. К примеру, звук производимый кларнетом имеет три главных компонента Фурье-анализа: вибрацию на преобладающей частоте (нота, на которой он звучит), более мягкая вибрация в три раза выше частоты (третья гармоника) и ещё более мягкая вибрация в пять раз больше частоты (пятая гармоника). И весь этот рад продолжается гармониками под ещё более странными номерами до тех пор пока все составляющие достигают такой высоты, что человеческое ухо больше не способно их уловить.

Звук кларнета может быть синтезирован электронным образом путём сложения всех компонентов Фурье-анализа. (3) Но существуют ли эти компоненты как физические объекты? Это спорный момент, даже если мы в состоянии разобрать звук на все эти «штуки» и собрать снова. С одной стороны мы можем их обнаружить при помощи нужной математики к тому звуку, что издаёт кларнет. Однако с другой стороны, кларнет не издаёт чистых синусоидальных тонов, по крайней мере не без всех этих прибамбасов для заглушения нежелательных компонентов - иначе это уже не кларнет. Математически вибрации кларнета лучше всего описывает нелинейное уравнение, которое образует лишь сложную форму волны, а не отдельные компоненты её Фурье-анализа. В этом смысле кларнет не производит отдельных компонентов и затем собирает их вместе. Наоборот, они идут как единый и неделимый поток.

Вы можете многое узнать о производимом кларнетом звуке из этих математических конструкций, но это не означает, что эти конструкции реальны - это всего лишь удобная математическая техника. Похожий метод используется при сжатии данных в виде электронного изображения, где вместо звуковых волн используется оттенки серых цветов. Однако в реальном мире изображение формируется не при помощи соединения этих компонентов.

Неужели физики просто ухватились за математические конструкции, в том смысле, что они создали их тем же способом, которым они анализируют свои данные, и интерпретировали их как элементарные частицы? Существуют ли в самом деле странные высокоэнергетические частицы или они являются артефактом активации чего-то ещё? Даже если это так, имеет ли это какое либо важное научное или философское значение? Теперь мы отважимся приступить к вопросам о природе реальности, самым ключевым из которых является то, существует ли она вообще. Мы не совсем уверены в ответах, так что удовлетворимся самой постановкой вопроса. Однако мы предполагаем, что различные толкования одной и той же физики могут иметь равные права на существование (4), и выбор самого лучшего из них зависит от того, что вы хотите с ним делать.

Очевидно, что бозон Хиггса представляет собой небольшое отклонение на так или иначе ровной кривой. В связи со сложившимися моделями мышления и традициями физики элементарных частиц он понимается как частица. Нас же интересует то, как небольшое отклонение графика становится объектом такого пристального внимания, тогда как куда большее количество данных, представляющие собой ровную кривую отходят на второй план.

Тем же характеризуется и более известный пример. Наше представление о солнечной системе и всех планетах, всех астероидах и кометах и том, как они должны себя вести, полностью бы перевернулись, если бы мы обнаружили космический корабль, летящий словно бы обычное небесное тело. Это был бы нарушитель, не подчиняющийся закону всемирного тяготения. Закон говорит нам о том, что естественно, так что такой корабль стал бы аномалией.

Представьте себе всю эту суету вокруг аномалии Пионера – необъяснимого отклонения открытого при наблюдении кораблей Пионер 10 и Пионер 11. Это были одни из первых зондов, отправленные с целью достичь дальних планет нашей Солнечной системы – от Юпитера до Нептуна. В связи с гравитационным воздействием Солнца их скорость постоянно уменьшается, но всё равно они движутся довольно быстро, чтобы при достаточном количестве времени в конечном итоге покинуть Солнечную систему. Однако когда они оказались на таком же расстоянии от Солнца как Уран, данные наблюдений показали, что они начали замедляться гораздо быстрее, чем было бы объяснимо при помощи одной только гравитации – на одну миллардную метра в секунду. После продолжительного почёсывания затылков в 2011 году был опубликован анализ, в котором говорилось, что причиной этого эффекта могло стать излучаемое кораблём тепло, которое и оказывает небольшой эффект сжатия.

Лежащий в основе этого физический закон, а именно закон притяжения, является сценой: декорацией на фоне которой космический корабль становится историей. Шимпанзе рассказывающие ничего поделать не могут, но считают корабль одним из самых интересных объектов, потому что он не вписывается в историю – кажется что он не подчиняется закону.

Кажется, что нашему разуму приходится уделять особое внимание исключениям. Автор многочисленных книг в жанре научной фантастики и научно-популярной литературы Айзек Азимов писал: «Самая восхитительная фраза, которую приходилось слышать в науке это не «Эврика», а « это забавно..»». Подчиняющиеся законам планеты и кометы банальны и не привлекают нашего внимания. Таким же самым образом мы находим законопослушную массу людей бесконечно случными, поэтому в наших историях всегда присутствуют ведьмы и злодеи. Среди персонажей книг о Плоском Мире ведьма Матушка Ветровоск и дворник Лю-Цзе безусловно привлекают наше внимание. Это исключение для закона, которое делает его полезным.

Являются ли законы вроде закона притяжения уникальными, особыми утверждениями, которые в некотором смысле универсально верны? Придумали бы пришельцы свою теорию гравитации, или падающие яблоки это только человеческая частность, которая привела наш особый разум к лунной орбите и Солнечной системе? Возможен ли совершенно другой способ описания нашей Солнечной системы?

Похожим образом и Томсон, который начал баловаться электронно-лучевыми трубками, и понятия не имел, что он разделяет пучок электронов, разбивая атомы. Если бы мы начали с какой-либо другой частицы и продолжили бы искать целую кучу остальных, описали бы мы ту же самую кучу? Или бы описали совершенно другую, которая так или иначе точно описывает «реальный мир» как и существующая.

Физики, в общем и целом, полагают, что нет. Они верят, что все эти частицы в действительности существуют где-то рядом и что при любой научной попытке обнаружился тот же набор. Однако куча частиц, которую вы найдёте зависит от теоретической модели, которой вы руководствуетесь в своих поисках. Десять лет назад набор частиц был совершенно другим, а за десять лет...

Чтобы пояснить этот момент, рассмотрим развитие квантовой механики. Важным законом в ней является уравнение Шрёдингера, которое описывает состояние квантовой системы как распространяющейся волны. Однако, кажется, что экспериментально обнаружить эту волну как таковую не представляется возможным. Наблюдение квантовой системы даёт специфические результаты, поскольку как только вы начинаете наблюдать, то начинаете взаимодействовать с гипотетической волной. Вы не можете быть уверенным в том, что следующее наблюдение будет относится к той же самой волне. Такая очевидная и неотъемлемая неопределённость привела к некоторым дополнительным особенностям понимания этой теории: о том, что квантовая волна это вероятностная волна, которая свидетельствует о возможности такого состояния и том, насколько вероятен будет любой заданный выбор, но ничего не говорит нам о самом состоянии; что измерения могут «сжимать» квантово-волновую функцию до единственного состояния и так далее. Сейчас эти интерпретации близки к статусу общепризнанной истины, и ни о каких попытках поиска альтернатив просто не может быть и речи. В ней присутствует даже математическая часть, теорема Белла, которая якобы доказывает, что квантовая механика не может быть воспринята в пределах более обширной детерминистской модели, которая не позволяет мгновенную коммуникацию между отдалёнными объектами.

Вопреки всему вышеперечисленному, у шимпанзе рассказывающего есть проблемы с квантовой неопределённостью. Откуда природе знать что делать? Это уже размышление над знаменитым высказыванием Эйнштейна о боге, который (не)играет в кости. Поколения физиков уже свыклись с проблемой – математика говорят «вот так всё устроено» и нет нужды беспокоится об интерпретациях. Но не всё так просто потому, что выводы из математических расчетов требуют дополнительных допущений. «Вот так вот» должно представлять собой последовательность этих допущений, а не сами математические расчеты.

Любопытно, что для образа вероятности мы и Эйнштейн использовали образ игральной кости. Игральная кость (ед. число) представляет собой кубик, и будучи брошенным, он отскакивает подчиняясь детерминированных законам механики. В принципе, вы уже должны предположить результат после того, как костяшка покинет ладонь. Конечно, это всего лишь вопрос моделирования, но для идеальной модели это утверждение должно быть верным. Однако, это не так, и причиной тому является то, что уголки костяшки только добавляют проблем при описании. Это что-то вроде формы хаоса, близкой к эффекту бабочки, но технически от него отличной.

Математическая вероятность приземления кости на различные её грани возникает из динамических уравнений, а так же из так называемой инвариантной меры. Один шанс из шести для каждой грани. Есть обоснование того, что инвариантная мера подобна квантово-волновой функции. Вы можете вычислить её из динамических уравнений и использовать, чтобы предсказать статистическое поведение, но не можете наблюдать её непосредственно. Вы можете вывести её из серии повторяющихся экспериментов. Есть объяснение что наблюдение (финального состояния кости) «сжимает» её квантово-волновую функцию. Стол и сила трения уравновешивают кость в одном из шести возможных состояний. Значение наблюдаемой квантово-волновой функции определяет тайная динамика катящейся кости, отскакивающей от стола. Она вовсе не входит в состав квантово-волновой функции, и включает новые «скрытые параметры».

Конечно мы не сможете не поинтересоваться тем, происходит ли что-то подобное в квантовом мире. Может оказаться, что квантово-волновая функция это ещё не всё.

К моменту возникновения квантовой механики теории хаоса ещё не существовало. Но всё развитие могло пойти по другому пути, если бы она существовала, потому что теория хаоса гласит о том, что детерминистская динамика может точно имитировать случайность. Если вы проигнорируете какие-либо мелкие детали детерминированной системы, всё что вы увидите будет похоже на случайное подбрасывание монетки. А сейчас, если вы не осознали того, что детерминизм может имитировать случайность, вам не стоит надеяться связать очевидную случайность наблюдаемую в квантовых системах с каким-либо детерминистским законом. Теорема Белла всё равно положит этой идее конец. Существуют хаотические системы, которые очень напоминают квантовые, производящие очевидную детерминированную произвольность, и что очень критично, не входящие в противоречия с теоремой Белла.

Следует ещё потрудиться над этими моделями, чтобы превратить их в достойных конкурентов обычной кантовой теории. Сразу вспоминается проблема Роллс-Ройса: если новый дизайн автомобиля превзойдёт Роллсов, то дальнейшие инновации станут невозможны. Ни один новичок не сможет даже надеяться сместить уже прочно установленное. Но мы не можем удержаться от того, чтобы не поинтересоваться, что произошло бы, если бы теория хаоса возникла до публикации первых работ по квантовой механике. Работая в пределах совершенно другого контекста, в одном из которых детерминистские модели не слишком конфликтуют с видимой случайностью, пришли бы физики к такой же теории?

Возможно, но некоторые аспекты стандартной теории не имели бы особого смысла. В частности наблюдение было бы представлено математически как простой и прозрачный процесс, тогда как в действительности наблюдение требует измерительной методики, чья квантово-механическая формулировка была бы слишком сложной, чтобы когда-либо быть понятной. Многие парадоксальные особенности квантовой теории происходят из этого неверного понимания между дополнениями и допущения ми к уравнению Шрёдингера и актуальным процессом наблюдения, а не из самого уравнения как такового. Так что мы можем предположить, что при перезапуске истории, наш «закон» для квантовых систем в действительности может оказаться совершенно другим, и у Шрёдингера не будет причин упоминать про своего загадочного кота.

Вне зависимости от того являются ли наши физические законы особенными и уникальными, или же их с успехом мог заменить другой набор, в общем и целом об этих законах есть ещё кое что сказать. И об исключениях из них, и особенно об их транстенденциальности. Это слово не означает, что законам не подчиняются. Мы хотим сказать, что при изменении контекста они становятся не важны, подобно тому как большой Боинг-747 пренебрегает законом гравитации, используя потоки воздуха, проходящие под его крыльями. Возьмём для примера закон Ома, потому что он кажется простым.

По отношению к электричеству вещества бывают двух типов: одни его проводят, другие служат изолятором. Если вещество выступает как проводник, то к нему применим закон Ома: сила тока равно напряжению делённому на сопротивление. Так, для заданного сопротивления большая сила тока требует большего напряжения сети. Однако сопротивление может быть не постоянным, и возможно этот факт лежит в основе некоторых природных аномалий, вроде того как заряд молнии превращает газ-непроводник в ионизированную тропу проводящего газа для удара молнии (или шаровой молнии). Будучи аномалиями, эти явления становятся по умолчанию интересны. Мы может проводить бесчисленные опыты с различными проводниками электричества, начиная от термоэлектронных ламп (вакуумных трубок) 1920 годов и продолжая полупроводниками вроде транзисторов. На всём этом и зиждется компьютерная индустрия.

Открытие сверхпроводимости сплавов, то есть отсутствие у них сопротивления при температурах близких к абсолютному нолю было очень интересной аномалией, что, по мере того как были найдены новые сверхпроводимые сплавы, демонстрирующие свои свойства при всё более и более высоких температурах, обещало обернуться новой технологией получения энергии. Всё интересное очень отличается от картинки, которую рисует Закон Ома – это ведьмы и космолёты.

Закон Ома обязательно связан с историями о передаче электричества. Описав эти проблемы и их решение, мы можем продемонстрировать как «действие» закона в совершенно другом контексте может полностью изменить ситуацию. Здесь мы можем отойти от позиции Фейнмана - законы определяют контекст, так же как и сущность природных явлений – к более прогрессивным взглядам.

Подача электричество в жилые дома всегда осложнялась сопротивлением проводки, что вызывало на линии передачи большие потери электрической энергии в виде тепла. Из закона Ома следует, что такое же количество энергии может быть передано с меньшими потерями, есть повысить напряжение и снизить силу тока. Однако в результате этого в дома будет подаваться электричество очень высокого напряжения, и любые несчастные случаи станут фатальны.

Хитрость в том чтобы использовать переменный ток, меняющий свой направлений пятьдесят или шестьдесят раз в секунду. Трансформаторы смогут преобразовывать напряжение переменного тока, так что он будет обладать довольно высоким напряжением для передачи, однако перед тем как он попадёт в наши дома, его напряжение будет снижено до безопасного уровня. Сегодня мы можем использовать постоянный ток, используя современную электронику для изменения его напряжения, но когда создавалась система подачи электричества, такой вариант был не возможен. Сейчас мы инвестировали столь много в систему подачи переменного тока, что не сможем их так легко поменять, даже если бы это было очень хорошей идеей. Эта хитрость помогает решить проблему сопротивления в законе Ома и следовательно снизить потери энергии. Хотя даже сейчас больше трети передаваемой энергии теряется на длинных линиях передачи, но это не идёт ни в какой сравнение с потерями 70 % энергии на линиях постоянного тока низкого напряжения 1920 годов. Изменив параметры и перейдя на переменный ток низкой силы и высокого напряжения мы некоторым образом изменили правила.

Кажется, что слишком много физиков имеют склонность считать физику чем-то полностью реальным, просто потому что в область её интереса входит вся базовая структура материи. В своей книге «Характер физических законов» Файнманн пишет:

"Тот же самый вид атомов встечается в живых создания и неодушевлённых предметах (!); лягушки сделаны из того же самого «теста», что и скалы, только в другом соотношении. Так что это решает все наши проблемы – нет ничего кроме атомов, везде одинаковых."

Возможно самым великим допущением, требующим большой прогрессивности от биологии, было допущением того, что всё что происходит с животными, происходит с атомами, что все явления биологического мира являются результатом физических и химических процессов, в которых нет «ничего особенного»."

Подобно Файнману, мы так же не считаем, что существует «нечто особенное», elan vital (сила жизни), которая движет жизнью. Нет, всё гораздо проще. Организмы эволюционировали и поскольку в самом начале жизни они были очень ограничены, и по большей части, как сказал Файнман, « в них происходило то, что происходило в атомах», они приобретали новые свойства вроде способности клеток делению. Они обзавелись действующей наследственностью, глазами и нервной системой чтобы ими пользоваться. Они вышли за рамки физико-химической системы, подобному тому как мы вышли за границы действия закона притяжения. Организмы обзаводятся новыми приемами выживания и осваивают новые контексты. К примеру, птицы могут летать, несмотря на то, что сами они тяжелее воздуха.

Мы не хотим сказать, что поведение птиц входит в противоречие с «фундаментальными» законами физики для материи из которой они состоят. Это было бы близко к ошибке, которую совершил Декарт, когда утверждал, что разум и материя это две совершенно разные вещи. Фактически и сам полёт полностью согласуется с законами физики. Сила притяжения, действующая на атомы, из которых состоит птица, должна быть компенсироваться подъемной силой, возникающей при движении крыльев в воздухе. В противном случае, птица бы не смогла летать. Так же как и Боинг-747. Молекулы не могут летать, но птицы, состоящие из молекул, могут. Молекула способна летать, только если она входит в состав птицы. Контекст имеет большой значение. Жизнь требует бесчисленного списка сложных систем, каждая из которых является результатом естественного отбора, чтобы поднять организм к новым компетенциям.

Однако «тесто» из которого состоят лягушки не похоже на «тесто» из которого состоят скалы. Атомы могут быть теми же самыми, но, если говорить словами Файнмана, расположены они могут быть по-другому, что совершенно меняет свойства «теста», из которого состоит лягушка. Таким же образом атомы тела человека, пингвина или куска мыла могут иметь разное расположение. Чтобы познать птицу, лягушку или кусок мыла не достаточно знать о составляющих их атомах, или субатомных частицах. Важен лишь порядок из расположения. Фактически, они могут состоять из довольно разных вещей, но если они устроены с тем чтобы выполнять похожие функции, то у вас получатся вполне годные птицы, лягушки и куски мыла.

Вся магия заключается не в самом «тесте»,а в расположении его частиц.

По-разному расположенные атомы обладают разными свойствами: атом куска скалы возможно является одним из миллионов атомов кристаллической структуры и в сущности является постоянной частью этой структуры. Атом живого организма возможно является частью очень сложной сети и постоянно меняет атомных и молекулярных партнёров. Более того, такая меняющаяся система не типична для малоактивной материи, подчиняющейся фундаментальным законам и полностью с ними согласующейся. Она проходила отбор в течении многих поколений, так что она работает, а это что-то да значит. При том, что в ней нет, как утверждает Файнман, «ничего особенного», что содействовало бы жизни организма. Атом может оказаться даже частью вируса, который поражает организм, но он всё равно оказывается втянутым во все процессы составляющие жизнь.

Жизнь сама поднялась над законами природы, в которой зародилась, и сейчас представляет собой отдельный сложный мир, очень сильно отличающийся от своих истоков как современный аэроплан от каменного топора. Сцена в начале фильма 2001 года, где обезьяна бросает бедренную кость, и та превращается в космическую станцию является чудесной иллюстрацией такого рода эволюции. И такая трансформация просто ничто по сравнению с тем насколько жизнь возвысилась над своими истоками.

Давайте посмотрим с другой точки зрения. В материальном мире, физическом и химическом мире, происходит множество продолжающихся процессов от невообразимой физики в сердцах звезд до замерзания и таяния этана и метана на одной из лун Сатурна Титане. Звезда взрывается, рассевая образовавшиеся в нутрии неё элементы в космосе, и согласно законам физики и химии из этой смеси образовались планеты. А затем возможно в одной из трещин на дне океана, из которой разливаются некоторые сокращённые соединения, аномальная химия обзавелась системой наследственности. Это могла быть смесь химических процессов, которые и в самом деле способны передаваться по наследству, это могла быть РНК или пре-метаболические системы..Но это всего лишь начало истории, повествования, которое вышло за границы законов и таким образом их преодолело. Космические корабли и ведьмы ещё впереди.

Зарождение жизни было событием ничем не примечательным. Оно происходило в относительном согласии с правилами физики и химии и их законами. А затем она начала конкурировать, возможно за пространство или отдельные химические вещества. Системы, которые действовали лучше, возвышались над законами к небольшому несложному повествованию, которое гласило: «А несколько лучше, чем Б или В, так что в будущем его будет больше». И спустя миллионы лет океаны уже полны А, тогда как В уже практически нет. И кроме того А разделилось на А1, А2 и А3. А теперь, в океанских глубинах таится (хорошее повествовательное слово) М, которая очень любит включать в свою систему А3. Так что позже у нас уже есть МА3ЭЮЯ и у системы есть хорошее начало.

И всё это происходит точно в соответствии с законами. Однако конкуренция и отбор одного по отношении к другому вносит свою лепту в дело. Через миллион лет или возможно шесть недель здесь будет бактериальная клетка, которая обязательно станет частью истории.

Законы содействуют таким изменениям, но не управляют ими. Вернувшись на 3000 миллионов лет назад, вы можете обнаружить массу организмов вроде обитателей сланцев Бёрджес. А всего лишь 580 миллионов лет спустя вы увидите физика, отрицающего их значимость. Но само действие превосходит все законы: повествованием движут ведьмы и космолёты.

Изначально жизнь зародилась в неживых системах, подчинённых определённым законам, и продолжает усложняться выше всякого понимания. Биология это не просто физика или химия с прибамбасами, а целый мир.

И одни из обитателей этого мира обрели язык, воображение, а так же повышенный интерес к историям – совершенно новые вещи во всём космосе. Рассказий попал из Плоского Мира в Круглый – и теперь некоторые вещи происходят потому что просто есть создания, которые этого хотят.

Возможно таких созданий много, и возможно даже больше, чем один вид на сотню миллионов звезд. И поэтому нам следует быть осторожнее на тот случай, если мы окажемся единственными.

Одна история во всём большом космосе.

А где-нибудь ещё есть только законы.

(1) Несколько опрометчиво для учёных, которые бывают недовольным тем, что результаты приходится объявлять до рецензирования перед публикацией в журнале.
(2) При том, что эта история всегда считалась мифом, у неё есть некоторые основания. Ньютон часто говорил, что был вдохновлён падением яблока. Википедия утверждает: «Знакомые .. вроде Уильяма Стьюкли, чьи записи стали доступными благодаря Королевскому обществу, подтверждает произошедший инцидент, хотя и не карикатурную версию, согласно которой яблоко в самом деле упало на голову Ньютона.»
(3) Для доминантной частоты. Комбинация sin(.t) + 0.75 sin(3.t) + 0.5 sin(5.t) + 0.14 sin(7.t) + 0.5
sin(9.t) + 0.12 sin(11.t) + 0.17 sin(13.t), доходящая до 13 гармоники, довольно убедительна для человеческого уха.
(4) В научно-фантастическом романе Джона Харрисона «Свет», инопланетяне живущие вокруг Галактического Ядра изобрели шесть различных типов космических двигателей, каждый из которых основан на различных теориях фундаментальной физики, при том что некоторые из них считаются ошибочными. И все двигатели работают отлично. В Круглом Мире, где аэродинамические теории являются игнорирующими атомную структуру допущениями, всё самолёты тоже прекрасно летают. Сказки для детей зачастую бывают осуществимы.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: идёт перевод

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/43779/178964

Переводчики: Krevedko_boo