В.Ю.Ирхин, М.И.Кацнельсон
Сколько граней у реальности?
Двойка и тройка в современной науке и в традиционных учениях
Дао порождает Одно,
Одно порождает Два,
Два порождают Три,
Три порождает всю тьму вещей.
(Дао Дэ Цзин 42)
Попытка осмыслить ситуацию в физике после создания квантовой механики заставила ученых вновь обсуждать глубокие мировоззренческие вопросы пожалуй, впервые после научной революции Нового времени. Ключевым историческим моментом здесь явилось осознание "корпускулярно-волнового дуализма" как универсального свойства материи. Квантовая физика, по мнению ряда исследователей, поставила вопросы, которые не могут адекватно обсуждаться в рамках традиционного естественнонаучного мировоззрения, сложившегося начиная с XVII века. Его основным постулатом является возможность четкого разделения субъекта и объекта познания и связанное с этим резкое противопоставление "материи" и "сознания". В данной статье мы кратко рассмотрим некоторые вопросы, относящиеся к принципу дополнительности и корпускулярно-волнового дуализму, а также возможные обобщения этих идей в новой физике и их связи с гуманитарными науками и традиционными учениями. Обсуждение других аспектов упомянутых проблем читатель может найти в наших книгах "Уставы небес. 16 глав о науке и вере" (Екатеринбург: У-Фактория, 2000) и "Крылья феникса. Введение в квантовую мифофизику" (Екатеринбург: Изд-во Уральского Университета, 2003).
В ходе разработки Н. Бором знаменитого "принципа дополнительности" был дан глубокий анализ затруднений концептуального характера, возникших после демонстрации ограниченности классической картины мира:
Решающим является признание следующего основного положения: как бы далеко ни выходили явления за рамки классического физического объяснения, все опытные данные должны описываться с помощью классических понятий. Обоснование этого состоит просто в констатации точного значения слова "эксперимент". Словом "эксперимент" мы указываем на такую ситуацию, когда мы можем сообщить другим, что именно мы сделали и что именно мы узнали. Поэтому экспериментальная установка и результаты наблюдений должны описываться однозначным образом на языке классической физики. Из этого основного положения... можно сделать следующий вывод. Поведение атомных объектов невозможно резко отграничить от их взаимодействия с измерительными приборами, фиксирующими условия, при которых происходят явления... Вследствие этого данные, полученные при разных условиях, не могут быть охвачены одной-единственной картиной; эти данные должны скорее рассматриваться как дополнительные в том смысле, что только совокупность разных явлений может дать более полное представление о свойствах объекта (Н. Бор. Собр. научн. трудов, т. 2, М., 1971).
В. Гейзенберг рассказывает о своей дискуссии с Н. Бором о проблемах языка, состоявшейся в 1933 г.:
[По словам Бора], естествознание состоит в том, что люди наблюдают явления и сообщают свои результаты другим, чтобы те могли их проверить. Лишь достигнув единого мнения о том, что объективно произошло или регулярно происходит, мы получаем основу для понимания. И весь этот процесс наблюдения и сообщения фактически осуществляется посредством понятий классической физики... В число главных предпосылок нашей науки входит то, что мы говорим о своих измерениях на языке, имеющем в сущности такую же структуру, как и язык, на котором мы говорим о своем повседневном жизненном опыте. Мы установили, что язык этот - очень несовершенный инструмент анализа и информации. Но инструмент этот все же остается предпосылкой нашей науки (В. Гейзенберг. Физика и философия. Часть и целое. М., 1989).
Согласно Бору, коренная причина наших затруднений состоит в том, что в действительности термины "волна", "частица" и т. п., которые мы используем для описания свойств микрообъектов, например, электрона, - это слова обычного языка, сформировавшегося в процессе освоения окружающего нас мира макрообъектов. Электрон не похож ни на волну, ни на частицу и, строго говоря, не имеет аналогов в мире нашего повседневного опыта - но мы вынуждены тем не менее описывать его в соответствующих терминах. Ситуация с определением сущности (истинного имени) электрона несколько напоминает трудности с определением истинного имени кота (singular Name) в стихах Т. С. Элиота:
Однако есть имя, двух первых помимо
Лишь КОТ ЕГО ЗНАЕТ, а нам не дано.
И как бы нам ни было невыносимо,
Его не откроет он нам все равно.
И если в раздумье застали кота вы,
Что сел, словно Будда, у всех на виду,
То не сомневайтесь (и будете правы!)
Он думает, думает, думает, ду...
Об Имени
Мыслимо-мысле-немыслимом,
Что писано было коту на роду.
"Двух первых помимо" - это как раз и есть: помимо названий "частица" и "волна".
В сущности, по Бору, приходится говорить не о корпускулярно-волновом дуализме как свойстве материи, а о корпускулярно-волновой картине мира как наибольшему приближению к реальности, доступному человеку. Отметим, что сама апелляция Бора к "гуманитарным" аргументам, в частности, языковым, беспрецедентна в посленьютоновском естествознании (такие построения как "арийская физика" или "мичуринская биология", где гуманитарный компонент также играл важную роль, в канон естествознания, к счастью, не вошли; дьявол, как всегда, сидит в деталях...). Вопрос о том, сколько же сторон у реальности на самом деле, выводится из компетенции физики. Европейская наука, претендующая, начиная с Века Просвещения, на полноту своей картины мира, наконец дошла в своем развитии до понимания собственной ограниченности. Впрочем, широчайшие массы трудящихся научных работников предпочли сделать вид, что они ничего не поняли, и продолжают подсмеиваться над глупыми средневековыми богословами. Конечно, когда невозможно ответить на вопрос, может ли Бог создать такой камень, который он Сам не может поднять, - это идиотизм, а когда речь идет о вопросе, где находится электрон во время квантового скачка, - это глубокое проникновение современной науки в тайны мироздания. Ну-ну...
В действительности, подобная ситуация возникает в науке и философии не впервые. Как пишет А. Лосев, несмотря на абсолютный объективизм философии Платона, изложенная в "Тимее" космология строится исключительно на понятии вероятности. В этом диалоге мы при желании можем найти предвосхищение ряда идей квантовой механики:
О том, что лишь воспроизводит первообраз и являет собой лишь подобие настоящего образа, и говорить можно не более как правдоподобно. Ведь как бытие относится к рождению, так истина относится к вере. А потому не удивляйся, Сократ, если мы, рассматривая во многих отношениях много вещей, таких, как боги и рождение Вселенной, не достигнем в наших рассуждениях полной точности и непротиворечивости (29 с-d) ...Наше исследование должно идти таким образом, чтобы добиться наибольшей степени вероятности (44 d)... Прежде достаточно было говорить о двух вещах: во-первых, об основополагающем первообразе, который обладает мыслимым и тождественным бытием, а во-вторых о подражании этому первообразу, которое имеет рождение и зримо... Теперь мне сдается, что сам ход наших рассуждений принуждает нас попытаться пролить свет на тот (третий) вид, который темен и труден для понимания... Это восприемница и как бы кормилица всякого рождения. Нелегко сказать о каждом из них [четырех элементах], что в самом деле лучше назвать водой чем огнем, и не правильнее ли к чему-то одному приложить какое-нибудь из наименований, чем все наименования, вместе взятые, к каждому, ведь надо употреблять слова в их надежном и достоверном смысле... Положим, некто, отлив из золота всевозможные фигуры, бросает их в переливку, превращая каждую во все остальные; если указать на одну из фигур и спросить, что же это такое, то будет куда осмотрительнее и ближе к истине, если он ответит "золото" и не станет говорить о треугольнике и прочих рождающихся фигурах как о чем-то сущем, ибо в то мгновение, когда их именуют, они уже готовы перейти во что-то иное, и надо быть довольным, если хотя бы с некоторой долей уверенности можно допустить выражение "такое" (48d-50b)... Здесь-то мы и полагаем начало огня и всех прочих тел, следуя в этом вероятности, соединенной с необходимостью; те же начала, что лежат еще ближе к истоку, ведает Бог, а из людей разве что тот, кто друг Богу (53 d).
У физика, профессионально занимающемся основами квантовой механики, слова Платона "...в то мгновение, когда их именуют, они уже готовы перейти во что-то иное" могут вызвать ассоциации с известным "коллапсом волновой функции" в процессе измерения (именования!) и с описывающей этот процесс квантовой теорией измерений, построенной крупнейшим математиком Дж. фон Нейманом. Эта теория представляет собой "конструктивную" математическую форму боровского принципа дополнительности. Согласно теории фон Неймана, состояние квантовой системы может изменяться двумя способами: в процессе "плавной" эволюции в соответствии с основным уравнением квантовой механики уравнением Шредингера, либо скачком, в ходе измерения. Отметим, что лишь второй тип изменений приводит к необратимости.
Согласно принципу дополнительности, любая попытка конкретизировать описание реальности приводит к его неполноте и к сужению самого понятия "реальность". "Волна" и "частица" - мы обречены интерпретировать реальность в этих терминах, позаимствованных из мира макрообъектов, а остальное, по Платону, "ведает Бог, а из людей разве что тот, кто друг Богу". При этом, по Бору, истинная картина мира может восприниматься нами (в том числе и в науке) лишь по своим двум "комплементарным" (дополнительным) проекциям, скажем, волновой и корпускулярной. По сравнению с этим претензии классической науки на прямое и непосредственное описание реальности выглядят наивными. Эту ситуацию уместно описать в терминах пифагорейской "нумерологии" - диалектики отношения единицы, двойки, тройки и т.д. (подробнее о понятии числа в древнегреческой философии, в особенности у платоников и неоплатоников, можно прочитать в комментариях А.Лосева).
В пифагорейских записках содержится также вот что. Начало всего единица; единице как причине подлежит как вещество неопределенная двоица; из единицы и неопределенной двоицы исходят числа; из чисел - точки; из точек линии; из них - плоские фигуры; из плоских - объемные фигуры; из них чувственно воспринимаемые тела, в которых четыре основы - огонь, вода, земля и воздух; перемещаясь и превращаясь целиком, они порождают мир... (Диоген Лаэрций. О жизни, учениях и изречениях знаменитых философов, кн. 8; см. также: Платон. Тимей 31-36).
Классическая физика основана в этом смысле на "единице" - "двойке": единице в смысле унитарности картины мира ("счастливец Ньютон, ибо картину мира можно установить лишь однажды" - Лагранж), и двойке в смысле использования бинарной логики, принципе исключенного третьего. С появлением новой парадигмы такая привычная картина рухнула. Унитарная картина мира (скажем, только корпускулярная или только волновая) заведомо неполна даже в пределах физики, а принцип исключенного третьего (электрон - или волна, или частица) оказывается недостаточным и даже чреватым утратой истинного понимания.
В собаке природа Будды?
Ответ дан в самом вопросе.
Если ты скажешь "да" или "нет",
Ты погубишь себя и лишишься жизни.
(Хуэйкай. Застава без ворот)
На уровне физического эксперимента неадекватность классической унитарной картины мира и бинарной логики проявляется как нарушение причинности - события в микромире происходят "нипочему" (что особенно подчеркивалось В. Паули). К такой неопределенности и нечеткости исследователям и философам пришлось привыкать очень долго. В этом смысле можно лишь посмеяться над самомнением современных ученых, которые считают идеи Пифагора и Платона о божественных числах, концепцию Троицы, "туманные" построения индийской мистики и еврейской каббалы детством человечества и суевериями, но сами за 250 лет с трудом научились считать до двух. При этом нельзя не признать практическую важность даже такого счета - на достижениях квантовой механики основана работа транзисторов, лазера и т.п. Возникает вопрос - что будет, если когда-нибудь физика дорастет до четверки - пятерки?
Эх, раз, еще раз!
Голова одна у нас,
Ну а в этой голове
Уха два и мысли две
...
Эх, раз, еще раз!
Есть пятерочка у нас.
Рук - две, ног - две,
Много мыслей в голове!
И не дразнится народ