СЕМЬ ИСКУССТВ

· ВСЕ НОМЕРА

 559 total views , 42 views today

Один из недвижимых слонов, на которых покоится современная физика — принцип неразличимости частиц. Все электроны на одно лицо: неразличимы, тождественны и взаимозаменяемы. Спорить с этим станет разве лишь безумец. Но мы зададим неприличный вопрос: а почему электроны, протоны, нейтроны неразличимы? Без метафизики на этот вопрос не ответить.

בס״ד

Эдуард Бормашенко

МЕТАФИЗИКА ИНФОРМАЦИОННОЙ ВСЕЛЕННОЙ

«Если бы, кроме доходящей до нас действительности, существовала еще одна, хаотическая и не знающая закона, она бы не могла быть предметом мышления».

A.A. Riehl.

В этой работе мы поставим вопросы, расположившиеся у края королевства физики, вопросы на которые физики не только не отвечают, но полагают непристойным задавать. Иными словами, мы займём по отношению к физике мета-позицию, попросту, займёмся метафизикой.

Метафизику в ХХ веке раскассировали. Один из лидеров Венского Кружка Рудольф Карнап писал следующее: «В области метафизики (включая всю аксиологию и учение о нормах) логический анализ приводит к негативному выводу, который состоит в том, что мнимые предложения этой области являются полностью бессмысленными. Тем самым достигается радикальное преодоление метафизики, которое с более ранних антиметафизических позиций было ещё невозможным…. В строгом смысле бессмысленным является ряд слов, который внутри определённого языка совершенно не образует предложения. Бывает, что такой ряд слов на первый взгляд выглядит так, как будто бы он является предложением; в этом случае мы называем его псевдопредложением. Мы утверждаем, что мнимые предложения метафизики путем логического анализа языка разоблачаются как псевдопредложения» (Р. Карнап, «Преодоление метафизики логическим анализом языка»). Метафизику дружно изничтожали и физики и философы, полагая её пустым слововерчением. Так что нам предстоит рискованное предприятие.

Какие же мы поставим вопросы? Мы более или менее твердо знаем, о том, что существуют законы физики, законы природы. Мы заинтересуемся вот чем: почему законы природы таковы, как они есть? И почему вообще существуют законы природы?

                                                ***

Один из недвижимых слонов, на которых покоится современная физика — принцип неразличимости частиц. Все электроны на одно лицо: неразличимы, тождественны и взаимозаменяемы. Спорить с этим станет разве лишь безумец. Но мы зададим неприличный вопрос: а почему электроны, протоны, нейтроны неразличимы? Без метафизики на этот вопрос не ответить. Второй слон, на котором покоится классическая теоретическая физика (так как она представлена в слегка устаревшем, но полезном курсе Ландау и Лифшица) — представление об однородности и изотропии пространства. Свойства пространства предполагаются одинаковыми во всех точках и во всех направлениях (общую теорию относительности оставляем за скобками). Но и тут метафизика не оставляет нас в покое. А почему пространство и время однородны и изотропны? Представление об однородности времени прямо противоречит нашему повседневному опыту. Как говаривал Александр Воронель, полчаса в зубоврачебном кресле и полчаса, проведённые с любимой девушкой, тянутся, длятся, летят совершенно по-разному? Как же поверить в то, что время однородно?

Сразу договоримся о том, что мы будем говорить о пространстве-времени теоретической физики, о частицах теоретической физики, представляющих собою специально сконструированные математические конструкции, изъятые из повседневного опыта, и отличающиеся от хорошо знакомых нам по опыту пространству моей комнаты, биологического времени и биллиардных или стеклянных шариков. Так вот, почему же вот эти специально придуманные физиками электроны совершенно неразличимы? Без этой неразличимости попросту нет современной физики. Блестящий, глубокий ответ на этот вопрос предложил Джон Арчибальд Уилер (редкий представитель породы современных физиков, склонных к метафизике): все электроны неразличимы, потому что все они, на самом деле, и есть один и тот же электрон.

Мы предложим другую версию ответа: все электроны неразличимы, для того чтобы сократить объем информации, необходимый для описания их поведения. В самом деле, зная заряд одного электрона, мы знаем заряд всех электронов, зная массу одного электрона, мы знаем массу любого электрона, зная спин одного электрона, мы знаем спин всех электронов. Неразличимость электронов невероятно экономит количество информации необходимое для описания их физических чудачеств. Мир, в котором все элементарные частицы были бы различны, имели разные массы и заряд и пахли по-разному, был бы непостижим. В этом мире и правил бы его величество Хаос. И именно неразличимость частиц превращает Хаос в Космос, упорядоченный и умопостигаемый мир. При этом мы предполагаем, что научная истина не содержится ни в природе, ни в нашем разуме. Она возникает при попытке разума познать мир.

Способность нашего разума усваивать и перерабатывать информацию велика, но ограничена. И наше сознание всячески упрощает себе работу по пониманию мира, превращая окружающую действительность в упорядоченную картину, именно благодаря своей упорядоченности и экономности — понятную. Законы природы не только истинны, но, и что не менее важно — понятны. Энергетические возможности нашего мозга по переработке информации ограничены принципом Ландауэра. Для переработки одного бита информации, поступающего из внешнего мира, требуется, небольшое, но все же конечное количество энергии. И когда этой информации становится слишком много, не хватит никакой энергии для ее обработки, даже если от всего организма останется одна голова Профессора Доуэля, гигантский мозг, перерабатывающий поступающую извне энергию в биты информации о мире. И тогда на помощь приходят методы экономии информации, ее сжатие. Это сжатие осуществляется законами природами, делая мир соизмеримым человеческому сознанию.

Почему математика столь эффективна при описании реального мира? Юджин Вигнер изумлялся непостижимой эффективности математики в физических науках. По всей той же причине: математика обеспечивает поразительную экономию мышления. Единожды доказав, что сумма углов любого треугольника равна двум прямым, Вам нет надобности проверять это для всех наличных треугольников. Один лишь раз доказав, что среди простых чисел нет наибольшего, мы не должны себя проверять во всех последующих рассуждениях. Математический мир теоретической физики — алгоритмически эффективен, и потому понятен.

Единожды разобравшись с поведением электрона в заданных условиях, мы можем в точности описать поведение всех электронов в тех же предписанных условиях. Именно тождественность элементарных частиц позволяет применять к их ансамблям, системам, наборам методы статистической физики, обеспечивающие предсказательные умозаключения относительно поведения конденсированных фаз и газов. Итак, именно тождественность элементарных частиц делает мир понятным, удобным для осмысления.

***

«Теоретическое время «музыкально», в смысле, который придавал этому термину Томас Манн. Манн отметил, что «музыкальное время» — выемка в обычном времени, куда устремляется музыка, несказанно его возвышая. Вычлененное время воспроизводимо. Для него существует «в другой раз».

Г.Соколик,«ОгненныйЛёд».

Продлим наше рассуждение и поговорим об изотропии и однородности пространства времени. Однородность и изотропия обеспечивают колоссальную экономию мышления. В самом деле, проведя опыт на своём лабораторном столе, я уверен в том, что этот же опыт доставит в точности такие же результаты в любой точке пространства; в том, разумеется, случае, если все условия, при которых проводился эксперимент будут идентичны тем, которые были обеспечены на моем лабораторном столе. Сделать это невозможно? В самом деле, как же я могу гарантировать, что все условия эксперимента будут идеально скопированы и перенесены в другое созвездие? Copy-paste действие здесь явно невозможно. Никак. Но законы физики работают именно в идеальном, научном, изъятом из реальности мире теоретической физики, в «музыкальной», воспроизводимой, гармоничной Вселенной, как сказал бы Генрих Соколик.1 В этом мире наблюдатель, единожды проведя опыт, в точности знает, что этот опыт нам принесёт завтра, послезавтра, здесь и сейчас и в созвездии Альфа Центавра. Математику нет надобности всякий раз удостоверяться в том, что сумма углов треугольника равна двум прямым, а физику проводить идентичные опыты в различных точках пространства-времени. Именно этот экономный и экономичный, воспроизводимый мир мы называем понятным, умопостигаемым, разумным. Переиначивая Гегеля, скажем: все действительное — разумно, именно потому что информационно экономно.

 Только такой, скупой на биты мир понятен нашему информационно ограниченному разуму. По вполне достоверным оценкам, головной мозг взрослого мужчины содержит в среднем 86.1 ± 8.1 миллиардов нейронов и 84.6 ± 9,8 миллиардов не-нейронных клеток. Вот этот дохленький компьютер умудрился понять и обустроить гармоничную, понятную Вселенную, втихую допустив процедуры, обеспечивающие экономию мышления. Одно из таких допущений — представление об изотропной и однородной Вселенной.

                                                ***

Вплотную примыкают к преставлениям об однородном и изотропном мире идеи симметрии. Именно на них покоится великое и ужасное знание теоретической физики. Именно симметрии запускают механизмы законов сохранения, столь ценимые физиками всех времён и народов. Но симметрии правят не только в физике, но и в биологии; нам уже приходилось задаваться вопросом: почему симметричны узоры раскраски птиц и бабочек, почему симметрично строение тел млекопитающих? И вообще, почему простейшие математические закономерности выявляются то тут, то там в биологии? Что семенам подсолнуха до чисел Фибоначчи? Непостижимое присутствие простых математических закономерностей в биологии можно объяснить так: симметрии, математические закономерности позволяют экономить генетическую память.2 Информация о развивающемся организме записана в его генокоде, его объем велик, но не бесконечен, и приходится экономить биты биологической информации, для того чтобы описать грядущую историю развития организма.2 Так вот, симметрия позволяет существенно экономить информацию, программы, описывающие симметричные объекты, проще и короче программ, задающих объекты случайные и асимметричные.

Вернёмся к миру неживой природы. Почему природа выбирает симметрию? Если представить себе законы теоретической физики, в виде генокода, описывающего поведение неживой природы, то мы поймем роль симметрии в этих законах. Симметрия позволяет неслыханно экономить информацию о мире, объем памяти физического генокода. Симметричные объекты ведут себя одинаково в заданных условиях. Симметричный мир — понятен, умопостигаем.

Попытки отыскания экономного думания о мире, восходят к греческим философам досократикам, милетцам, искавшим «архэ», перво-исток, перво-кирпичик мироздания. «Вода» Фалеса, «воздух» Анаксимена, из которых построено мироздание, — предшественники электронов, протонов, и нейтронов. Сама идея, о том, что это перво-вещество существует, невероятно экономит мышление, сводя все разнообразие мира к «архэ»-элементам. Пример невероятной информационной эффективности, наследующий идеям греков, — таблица Менделеева, сводящая все бесчисленное множество химических соединений к набору элементов.

                                                            ***

Предложенный подход позволяет переосмыслить представление и фундаментальности понятий натурфилософии. В самом деле, почему общая теория относительности — фундаментальна, а, скажем, фотоэффект — нет? Почему «стандартная модель» — фундаментальна, а остроумная и полезная JKR теория адгезии твёрдых тел, — нет? Фундаментальность теории, как кажется, определяется её информационной эффективностью. Специальная теории относительности покончив с эфиром, вышвырнув из теории поля топорные эфирные подпорки, — информационно эффективна, более того, она обеспечивает удобную информационную рамку для других физических теорий. Квантовая механика — логически не замкнута, но продуктивна, доставляя вероятность нахождения квантовых частиц в заданном объёме пространства. Оказывается, возможно и необходимо пожертвовать логической безупречностью во имя информационной оправданности.

                                                            ***

Заметим, что новая эпистемологическая, компьютерная парадигма, big data science, во многом отвергающая привычную рамку научного знания, отказавшись от редукционизма и причинности в пользу поиска корреляций между массивами данных, обречена, тем не менее, обеспечивать алгоритмическую эффективность своих программ; возможности компьютеров велики, но не безграничны. Возможно, информационная эффективность и будет швом, соединяющим научный метод Галилея-Декарта-Эйнштейна и новое знание компьютерной цивилизации.3 Алгоритмическая эффективность, доставляет информационные ножны для бритвы Оккама: никогда не делай более сложной программой, то что можно сделать простой. Так что мета-сшивка между big data science и наукой «пробирных дел мастера» вполне возможна.

                                                            ***

От предложенной метафизики на версту несет антропоцентризмом, и вытекающим из него антропным принципом. Окружающий нас мир полон тождественных объектов и симметрий, потому что этот мир — наш, и предполагает наличие человека, которому предстоит этот мир познать, упорядочить. Математические закономерности, симметрии, тождественность элементарных частиц обеспечивают чудовищное сжатие информации о мире, экономию мышления. Именно такой мир, в котором расселись законы симметрии и тождества, мир управляемый не слишком сложными, информационно экономными, скупыми математическими закономерностями — понятен, познаваем, доступен нам, Homo Sapiens. А «если бы, кроме доходящей до нас действительности, существовала еще одна, хаотическая и не знающая закона, она бы не могла быть предметом мышления».

Литература

1Соколик Г. Огненный Лёд, Иерусалим, 1984.

2Бормашенко Эд. Числа Фибоначчи, Симметрия, Принцип Ландауэра и Подсолнухи: О Непостижимой Эффективности Математики в Биологии, 7 Искусств, 7 (146), 2022.

3Носоновский М., Бормашенко Эд. Простое и сложное, 7 Искусств, 3-4 (154), 2023.