Вселенная

Учитывая такую ситуацию, специалисты по физике конденсированных состояний давно настаивают, что эмерджентные феномены по праву следует считать новыми, а не просто «смазанными» версиями каких-либо более глубоких описаний. В 1972 году Андерсон опубликовал авторитетную статью под названием «More Is Different» («Большее есть другое»), в которой доказывал, что любое описание природы, которое можно дать на том или ином уровне, заслуживает самостоятельного изучения и постижения, а сосредотачиваться на наиболее фундаментальном уровне неверно. Он по-своему прав. Знаменитая проблема физики конденсированных состояний — поиск теории, которая бы успешно описывала высокотемпературные сверхпроводники — такие вещества, через которые электрический ток проходит без сопротивления при температурах существенно выше абсолютного нуля. Все, кто занимается этой проблемой, считают, что такие вещества состоят из обычных атомов, подчиняющихся обычным законам микромира; при этом они понимают, что подобное объяснение фактически никак не помогает нам понять, почему вообще возникает высокотемпературная сверхпроводимость.

* * *

Здесь возникает сразу несколько взаимосвязанных, но логически самостоятельных вопросов.

1. Являются ли наиболее детализированные (микроуровневые, исчерпывающие) описания интересными или важными?

2. Если мы планируем исследование, в рамках которого стремимся понять макроскопические феномены, то следует ли при этом сначала понять микроскопические феномены, а затем на их основе вывести эмерджентное описание?

3. Узнаем ли мы при изучении эмерджентного уровня нечто такое, чего не смогли бы понять, изучая микроуровень, будь мы даже настолько умны, как демон Лапласа?

4. Является ли поведение системы на макроуровне несовместимым с теми свойствами системы, которые мы ожидали бы в ней встретить, зная лишь её законы на микроуровне, и может ли идти речь не просто о несовместимости, а о прямом противоречии?

Первый вопрос, конечно, субъективен. Если вы интересуетесь физикой частиц, а ваш друг интересуется биологией, то никто из вас не будет правее другого; просто вы смотрите на вещи по-разному. Второй вопрос несколько более практичен, и ответ на него достаточно очевиден: нет. Почти во всех интересующих нас случаях мы можем немного подробнее разобраться в макроуровнях, изучая микроуровни, но узнаем больше (и быстрее), если станем изучать сами макроуровни.

Именно на третьем вопросе всё становится неоднозначным. С одной точки зрения можно сказать: если мы полностью понимаем микроуровень, область применения которого полностью охватывает область применения эмерджентной теории, то знаем всё необходимое. В принципе любой вопрос, который может у вас возникнуть, можно сформулировать в контексте микроуровня и в этом же контексте на него ответить.

Однако под этим «в принципе» скрывается множество пороков, в том числе один очень существенный. Принимая эту точку зрения, мы фактически говорим: «Хотите знать, будет ли завтра дождь? Тогда сообщите мне координаты всех молекул в земной атмосфере, и я это вычислю». Мало того, что такой вариант вопиюще нереалистичен, так он ещё и игнорирует тот факт, что эмерджентная теория описывает истинные свойства системы, которые могут полностью ускользать от нас на микроуровне. Возможно, у вас будет самодостаточная и исчерпывающая теория о взаимодействиях вещей, но это ещё не означает, что вам известно всё; в частности, вы не знаете всех вариантов рационального рассуждения о системе. (Даже если вы знаете, как ведёт себя атом в сосуде с газом, от вас, возможно, ускользнёт тот важный факт, что эту систему также можно описать как флюид.) На самом деле мы действительно узнаём нечто новое, изучая эмерджентные теории как таковые, даже если все теории целиком и полностью согласуются друг с другом.

Переходим к четвёртому вопросу — и тут перед нами воцарится настоящий хаос.

* * *

Здесь мы вступаем в пределы так называемой сильной эмерджентности. До сих пор мы обсуждали «слабую эмерджентность»: даже если эмерджентная теория позволяет понять вещи под новым углом, а также гораздо более практична при вычислениях, вы, в принципе, можете заложить в компьютер теорию микроуровня, сымитировать её и таким образом в точности выяснить, как будет функционировать система. При сильной эмерджентности — если она вообще существует — подобное невозможно. С такой точки зрения, когда много компонентов объединяются и образуют единое целое, мы должны ожидать не просто новых знаний, которые позволили бы нам точнее описать систему, но и быть готовы к открытию новых функций. При сильной эмерджентности поведение многочастной системы даже в принципе несводимо к суммарному поведению всех её элементов.

Феномен сильной эмерджентности на первый взгляд немного озадачивает. Для начала требуется признать, что в определённом смысле большой макроскопический объект — например, человек — состоит из более мелких элементов, скажем, из атомов. Как вы помните, в квантовой механике бывает невозможно отделить одни составляющие от других, но сторонники сильной эмерджентности не всегда учитывают такую тонкость. Далее признаётся, что существует микроуровневая теория, описывающая, как поведёт себя атом в конкретных обстоятельствах. Но после этого заявляется, что атом испытывает воздействие той макроскопической системы, в состав которой он входит, и нельзя считать, что этот эффект обусловлен суммарным воздействием всех остальных атомов. Единственный вариант — считать такой феномен воздействием целого на отдельные составляющие.

Представлю себе, что я всматриваюсь в отдельный атом, который сейчас входит в состав кожи, обтягивающей кончик моего пальца. По идее, я мог бы подумать, что, руководствуясь правилами атомной физики, я могу спрогнозировать поведение атома в соответствии с законами природы и свойствами той среды, которая окружает атом, — а в этой среде он подвергается воздействию других атомов, электрических и магнитных полей, силы тяготения и т. д. Сторонник сильной эмерджентности возразит мне: «Нет, не сможете. Атом — часть вас, то есть человека, и вам не удастся спрогнозировать поведение этого атома без дополнительной информации о более крупной системе, то есть о человеке. Знаний об атоме и окружающей его среде ещё недостаточно».

Разумеется, мир может быть устроен и так. Если мир действительно устроен именно так, то наша гипотетическая микроуровневая теория атома попросту ошибочна. Физические теории хороши именно тем, что они очень чётко описывают, какая информация нужна, чтобы спрогнозировать поведение объекта, а также чётко поясняют, что представляет собой спрогнозированное поведение. Наша наилучшая физическая теория не предполагает никакой неопределённости в том, как должен вести себя атом. Если существуют ситуации, в которых атом ведёт себя иначе, например, будучи на кончике моего пальца, то наша теория неверна и нам нужно разработать более качественную.

Конечно, это совершенно возможно (много что возможно). В главах 22–24 мы подробнее обсудим, как работают наши наилучшие физические теории, в том числе удивительно успешный и строгий аппарат квантовой теории поля. Что касается квантовой теории поля, новые силы или взаимодействия не могут существенно влиять на атомы моего тела — точнее говоря, любые возможные влияния такого рода уже были проверены экспериментально и исключены. При этом вполне возможно, что сама квантовая теория поля попросту ошибочна. Однако нет никаких доказательств в пользу её ошибочности, но есть очень убедительные экспериментальные и теоретические основания считать её верной в очень широкой области применения. Итак, мы можем размышлять о каких-то вариантах этой базовой физической парадигмы, но также должны учитывать, сколь радикально меняем наши лучшие теории о мироздании, просто чтобы учесть такой феномен (человеческое поведение), который известен своей сложностью и трудностью для понимания.

* * *

Может быть, нам понадобится (или не понадобится), стиснув зубы, разобраться в сильной эмерджентности, чтобы понять взаимосвязи между атомами, из которых состоит наше тело, а также понять, что представляет собой сознание, присущее каждому из нас. Но мы обязаны выяснить, как они соотносятся друг с другом, учитывая, что и атомы, и сознание существуют в реальном мире.

И соотносятся ли они вообще?

Существует континуум возможных тезисов о том, как сочетаются различные варианты интерпретации реальности. Одна крайность — это «сильная эмерджентность» (все варианты самостоятельны и даже несовместимы друг с другом), а другая — «сильный редукционизм» (все варианты сводимы к одному, наиболее фундаментальному). Приверженец сильного редукционизма стремится не просто соотнести макроскопические свойства мира с каким-то базовым фундаментальным описанием, но идёт дальше и отказывается признавать само существование элементов эмерджентной онтологии (при наличии какой-либо адекватной дефиниции для «существования»). Согласно этой философской школе, реальная проблема с сознанием заключается в том, что сознания как такового не существует. Сознание — просто иллюзия. В онтологическом контексте такой строгий вариант редукционизма именуется элиминативизмом, поскольку его сторонники хотят вообще уйти от проблем, связанных с состояниями разума. (Естественно, существует целый калейдоскоп различных типов элиминативизма, и каждый из них по-своему трактует, от чего следует избавиться, а что оставить.)

На первый взгляд, вопрос о том, что реально, а что нет, не кажется неразрешимой проблемой. Стол перед вами — это реальность, а единорогов в реальности не существует. А если учесть, что стол состоит из атомов? Вправе ли мы сказать, что атомы реальны, а стол нет?

Это была бы своеобразная интерпретация слова «реальный», в которой оно применимо лишь к наиболее фундаментальному уровню экзистенции. Это не самое удобное определение, которое можно было бы себе представить. Во-первых, мы пока не располагаем полной теорией реальности на её глубочайшем уровне. Если бы мы судили об истинной экзистенции по таким стандартам, то единственно верная точка зрения была бы такова: ничто в мире, воспринимаемом человеком, не является реальным. Такой философии присущ некоторый дзеновский пуризм, но она не слишком нам пригодится, если мы, вооружившись концепцией «реального», попробуем отличать одни феномены от других. Витгенштейн бы сказал, что подобные рассуждения не имеют смысла.