Фрэнк Вильчек - Основы реальности

Умение видеть загадки

Помимо будущего конкретных загадок, есть интересные вопросы о том, что ждет загадки вообще.

Фонд Математического института Клэя предложил приз в размере миллиона долларов за доказательство того, что теория КХД предсказывает конфайнмент — удержание кварков. У физиков более низкие — или, скорее, другие — стандарты. По-моему, мы сделали большее. С помощью компьютеров мы можем практически безошибочно рассчитать, какие частицы возникают в теории КХД. Изолированных кварков среди них нет. И действительно, расчеты дают нам частицы с теми массами и свойствами, которые мы наблюдаем в Природе — ни больше ни меньше. Должен ли получить приз суперкомпьютер? Или работающие на нем программисты?

В 2017 году в AlphaZero — новейшую программу на основе искусственных нейронных сетей — ввели правила игры в шахматы. После этого она несколько часов играла сама с собой, училась на собственном опыте и достигла сверхчеловеческого мастерства. И что, AlphaZero понимает, что такое шахматы? Если вы хотите ответить «нет», я отсылаю вас к Эмануилу Ласкеру, многократному чемпиону мира по шахматам с 1894 по 1921 год [137].

На шахматной доске нет места лжи и лицемерию. Красота шахматной комбинации в том, что она всегда правдива. Беспощадная правда, завершающаяся шахом и матом, ест глаза лицемеру.

Подобные примеры показывают, что есть способы познания, недоступные людям. Но на самом деле это не новость.

Геномы людей и других земных существ — большое хранилище бессознательных знаний. Мы решили множество сложных проблем, возникающих при создании жизнеспособных организмов, и выполнили трюки, которые и представить не может техническая мысль. Мы «научились» этому в ходе длительной, неэффективной биологической эволюции, а не с помощью логических рассуждений. И мы определенно не знаем на сознательном уровне всего, что знаем. Например, как с огромной скоростью обрабатывать визуальную информацию или как заставлять тело оставаться в вертикальном положении, ходить и бегать.

Способность наших машин выполнять длительные, но точные вычисления, хранить огромное количество информации и чрезвычайно быстро учиться на практике уже открывает новые возможности понимания. Они будут сдвигать границы познания в таких направлениях и позволят забираться в такие места, которые без их помощи недоступны для человеческого мозга. И они, конечно, помогут нам в исследованиях.

Особое качество людей, которого нет ни у эволюционного механизма, ни (пока что) у машин, — способность распознавать пробелы в нашем понимании и получать удовольствие от их заполнения. Это ценное и мощное наше свойство — умение видеть загадки. И оно дает нам немало преимуществ.

Дополнительность (или комплементарность ) в самой фундаментальной форме — концепция, согласно которой одна и та же вещь, если рассматривать ее с разных точек зрения, обладает очень разными, даже взаимоисключающими свойствами. И такое отношение к опыту и проблемам я считаю чрезвычайно полезным. Оно открывает глаза. Оно изменило мое мировоззрение, помогло мне стать великодушнее и терпимее, а также развить воображение. Теперь я хотел бы вместе с вами проанализировать эту расширяющую кругозор идею, как я ее понимаю.

Мир прост и сложен, логичен и странен, закономерен и хаотичен. Фундаментальные законы не объясняют эту двойственность — на самом деле, как мы видели, они высвечивают ее и углубляют. Природа людей тоже двойственна: мы крошечные и огромные, эфемерные и долгоживущие, мудрые и невежественные. Невозможно судить о физической реальности, по-настоящему не прочувствовав принцип дополнительности. Невозможно и понять без него самих себя.

Первым этот принцип сформулировал великий датский ученый Нильс Бор. По одной версии, Бор почерпнул его из опыта работы с квантовой физикой, а по другой — пришел к такому образу мыслей раньше, естественным образом, и как раз это сделало возможными его уникальные открытия. Некоторые биографы Бора объясняют все влиянием Сёрена Кьеркегора, датского мистика и философа, которым Бор восхищался.

Между первыми приблизительными представлениями о квантовом поведении, относящимися примерно к 1900 году, и созданием современной квантовой теории в конце 1920-х был период напряженных раздумий. Тогда казалось невозможным согласовать результаты различных экспериментов. Бор строил причудливые модели, которые объясняли одни наблюдения и игнорировали другие. Альберт Эйнштейн написал о его работе:

Мне всегда казалось чудом, что этой колеблющейся и полной противоречий основы оказалось достаточно, чтобы позволить Бору — человеку с гениальной интуицией и тонким чутьем — найти главнейшие законы <���…> атомов, включая их значение для химии. Это мне кажется чудом и теперь. Это наивысшая музыкальность в области мысли.

Исходя из этого опыта, Бор развил принцип дополнительности в мощный метод, позволяющий проникнуть в суть вещей. Из точных наук этот мудрый метод перекочевал и в философию.

В квантовой механике ключевой способ описания объекта, будь то электрон или слон, — его волновая функция. Волновая функция объекта — своего рода заготовка, которую мы можем превратить в прогнозы относительно его поведения. Мы можем совершать с волновой функцией разные манипуляции, получая ответы на разные вопросы. Если мы хотим предсказать, где будет находиться объект, мы должны обработать его волновую функцию одним способом, а если интересуемся скоростью — то другим.

Если не вдаваться в детали, эти два способа исследования волновой функции похожи на два способа анализа музыкального произведения: гармонический и мелодический. Гармонический анализ локален, только, в отличие от частицы, здесь отслеживается не точка в пространстве, а момент времени. Мелодический анализ исследует более общие свойства. Гармония — аналог местоположения, а мелодия — скорости.

Мы не можем провести эти два вида анализа одновременно. Они мешают друг другу. Если вы хотите узнать о местоположении, придется обработать информацию о волновой функции таким образом, что будут уничтожены данные о скорости, и наоборот.