Часть 2
Неизвестный путь через загадочную местность
Разгадав так много секретов, мы поверили в то, что нет ничего непознаваемого. Но оно тем не менее есть, спокойно сидит и потирает руки.
Л. Менкен «Отчет меньшинства»
10. Освобождение джинна
(Аравийская пустыня, 1610 год)
После бескрайних песков, бесконечных странствий и иссушающей жажды ты набрел на пещеру. Пещера! Прохладная и темная! Это же самая что ни на есть удача. Найти пещеру, да еще с учетом того, что она была надежно запрятана, – просто счастье. И тебе слышится журчанье ручейка! Звук вполне отчетливый, хотя это всего лишь тоненькая струйка. Ты припадаешь к ней, смачиваешь язык, а потом медленно, всласть напиваешься.
Пещера большая и на первый взгляд необитаемая. Но – не совсем пустая. В углу валяется старая, видавшая виды медная лампа.
Заинтересовавшись странным блеском меди, ты слегка трешь лампу (как тут можно устоять?).
К полному твоему изумлению, перед тобой мгновенно вырастает огромное существо – получеловек-полуоблако, очень страшное. Потом это существо очень громко произносит: «Я – джинн ибн-ла-Плас, и я рад, что ты наконец пришел и вызволил меня из лампы и пещеры. Это подняло мне настроение. Скажи, ты хочешь узнать что-нибудь о своем будущем? Я его знаю и вижу, что и тебе хочется его узнать». Сложно собразить, что сказать в этих обстоятельствах. Ты ломаешь голову, но на ум не приходит ничего, кроме как подыграть джинну. Ты отвечаешь: «О великий джинн, я несказанно рад оказать тебе услугу и благодарен за предложение, но скажи мне сначала, с помощью какой магии ты узнаешь будущее?»
Джинн рявкает: «Дурак! Это не магия, а полная ее противоположность». Он подбирает пустую лампу и продолжает: «Если я отпущу лампу, что будет?»
Запинаясь, ты отвечаешь: «Лампа упадет, ваше великолепие!»
«Да! Понадобилась ли тебе магия, чтобы предсказать это? Нет! Как и лампа, каждая твоя клеточка следует нерушимому закону, предписывающему ей, что надо делать. Глядя на тебя, я могу мгновенно понять, куда будет двигаться каждый атом твоего тела, и, следовательно, понять, что ты будешь делать. Глядя на Вселенную в целом, я понимаю все, что в ней случится. Теперь ты можешь задать самый важный для тебя вопрос».
Ты задумываешься ненадолго о том, что тебе сказал джинн, и начинаешь все больше и больше волноваться. Наконец ты отвечаешь:
«А если я не хочу ничего спрашивать?»
И тут по лицу джинна расползается широкая, но какая-то дьявольская улыбка, и он начинает хохотать и хохочет все громче и громче – пока весь мир вокруг тебя не принимается ходить ходуном.
На самом деле первой вещью, созданной Аллахом, было Перо.
Аллах сказал ему: «Пиши!»
Оно спросило: «Что я должно писать?»
Он сказал: «Напиши все, что совершится».
И в этот момент было описано все, что случится в будущем вплоть до Судного Дня.
Тогда Пророка спросили: те действия, которые мы совершаем – новые или заранее предрешенные?
И он ответил: «Они предрешены заранее».
слова Мухаммеда, приписываемые ему Аль-Тирмизи
До сих пор, ведя разговор о физическом мире, мы складывали вместе основные фрагменты его описания, которые собрали ученые за три столетия, начиная с Галилея. Кульминацией стала разработанная в 1917 году общая теория относительности Эйнштейна. Эти знания позволяют нам нарисовать путь во времени и пространстве идеализированного объекта – назовем его частицей, – движущегося под действием различных сил. Такой путь частицы сквозь пространство-время зависит от трех вещей: собственно структуры пространства-времени, всех сил негравитационного происхождения, действующих на частицу, а также начального положения и состояния движения частицы.
То, какие пространственно-временные пути являются «прямыми», то есть имеющими максимальное пространственно-временное расстояние T, даже если они выглядят искривленными в пространстве (как это происходило с траекторией книги, брошенной во время прыжка с обрыва) или при перенесении на плоскую поверхность (как с путями на искривленной поверхности земли, перенесенными на карты Кундулун-хана), определяется структурой пространства-времени. Этот эффект мы называем силой притяжения или гравитацией. Негравитационные силы проявляют себя в отклонении пространственно-временных траекторий от прямых линий – в точности как это происходит с влиянием ветра или магнетизма на полет свинцового, деревянного или железного шаров, сброшенных с падающей башни в Пизе. Наконец, начальное положение частицы определяет точку в пространстве-времени, с которой начинается путь частицы, а скорость определяет ее начальное «направление в пространстве-времени».
Если нам известна вся эта информация, мы можем вычислить этот путь очень точно. Рассмотрим движение космического корабля в Солнечной системе. Его начальное положение и скорость определяются конструкторами. Поскольку мы также очень хорошо знаем положение Солнца и других массивных тел Солнечной системы, мы можем очень точно рассчитать структуру пространства-времени и, следовательно, гравитационное воздействие на корабль. Негравитационные силы малы, но их тоже легко рассчитать. Именно это позволяет нам вести космические корабли сквозь Солнечную систему, тщательно выбирая для них правильные начальные условия, а не направляя их с помощью ракет, и приводя точно к поставленной цели спустя годы!
В этой картине мы допустили, что наша «частица» – космический корабль – летит под действием известных сил. Но пространство-время, через которое частица движется, и силы, действующие на нее, в свою очередь определяются наличием других частиц и их расположением. Положение и массы частиц определяют искривленность пространства-времени, а другие свойства этих частиц в свою очередь определяют другие силы. Так что для того, чтобы просчитать путь нашего космического корабля, мы должны также предсказать, где будут во время его полета все планеты, и каждое из этих предсказаний будет зависеть от остальных. Аналогично, негравитационные силы зависят от распределения межпланетного газа, яркости Солнца, наличия магнитных полей и других факторов, которые, в свою очередь, тоже должны быть предсказаны. Выглядит безнадежно? Да, действительно, задача очень сложна. Но мировоззрение, лежащее в основе фундаментальной физики, подсказывает нам, что под покровом этой сложности таится поразительная простота.
Оказывается, кажущееся разнообразие сил по большей части – иллюзия. В основном все негравитационные силы, которые действуют на нас в повседневной жизни, суть проявления электромагнетизма, описываемого уравнениями Максвелла. Из этих уравнений следует, какие электрические и магнитные поля порождаются заряженными частицами, и, наоборот, какие силы, порождаемые полями, действуют на заряженные частицы. Эти силы, возникающие при взаимодействии частиц и полей, стоят за всеми силами, с которыми мы постоянно сталкиваемся в обычной жизни. Если какое-либо тело, находящееся в твердом, жидком или газообразном состоянии, воздействует на вас – либо толкает вас, либо трется о вас, – есть все основания думать, что при этом возникает взаимодействие электромагнитных сил между атомами, из которых состоит это тело, и атомами, из которых состоите вы.
Таким образом, в данном описании все значимые силы по существу сводятся к гравитации, вызванной распределением материи, и к электромагнетизму, вызванному распределением зарядов. Итак, мы можем вообразить следующую процедуру, разбитую на несколько этапов: для начала определяем положение и скорости всех интересующих нас частиц и находим все имеющиеся в тот же начальный момент поля. Затем пересматриваем положения частиц, исходя из их скоростей. Также рассчитываем силу, действующую на каждую частицу со стороны полей в точке ее расположения, и на основании этого пересчитываем скорости всех частиц. Наконец, пересчитываем значения полей везде в пространстве, исходя из динамики этих полей, а также положения и скоростей всех частиц. Мы можем повторить эту процедуру для следующего момента и, последовательно используя эту процедуру, проследить самосогласованным образом траектории всех частиц.
Трудно переоценить возможности и успешность подобной процедуры, основанной на этих теориях. Уравнения Ньютона (или, если необходимо, уравнения Эйнштейна) позволили уже на несколько веков вперед вычислить дату и час затмений (с точностью до минут!). В компьютере, на котором я пишу эту книгу, содержатся миллиарды мельчайших элементов схем, работа которых управляется уравнениями Максвелла. Для того чтобы все схемы работали правильно, для их расчета и изготовления требуются тщательность, знания и терпение. Но при этом тут нет никакой неопределенности – законы физики в точности предскажут, как данная схема будет себя вести.
На базе этих успехов в начале двадцатого века физики сформировали мировоззрение, основанное на том, что мир состоит всего из трех вещей – пространства-времени, частиц и полей. Частицы порождают поля, заполняющие и искривляющие пространство-время. Пространство-время и поля в нем управляют движением частиц. Этот подход подразумевает формирование замкнутого и самосогласованного цикла, позволяющего делать прогнозы: при заданной точной структуре пространства, известных полях и положениях всех частиц существует математическая процедура, позволяющая рассчитать структуру пространства, поля и положения всех частиц в любой последующий момент времени. Согласно этой физической картине, если какое-то существо, например джинн ибн-ла-Плас, знал бы в какой-то момент точное состояние всей Вселенной или ее части, он смог бы узнать ее состояние во все прежние и будущие моменты времени.
Это существо, естественно, придумано. Было бы невозможно с помощью как существующих, так и будущих технологий ни определить, ни рассчитать пути даже мельчайшей доли миллиона миллиарда миллиардов (1024) атомов, составляющих даже самые маленькие из окружающих нас предметов. Основная роль, которую играет джинн на страницах моей книги, – это служить мысленным экспериментом для выяснения того, что в принципе возможно, хотя и чертовски трудно реализуемо на практике. Если бы мир был таким, каким он описывался классической физикой в начале двадцатого века, то для совершенно точного предсказания будущего (и прошлого) в принципе было бы достаточно той информации, которая существует прямо сейчас, – но на практике мы такие предсказания делать не можем.
Судя по всему, впервые с точки зрения физики эту линию рассуждений связно представил в 1821 году Пьер Симон де Лаплас (по-видимому, названный как раз в честь упомянутого ранее вымышленного джинна), и ее можно назвать философией научного детерминизма. Он изящно изложил это так:
Разумное существо, которое в любой момент знало бы все движущие силы природы и взаимное расположение образующих ее существ, могло бы – если бы его разум был достаточно обширен для того, чтобы проанализировать все эти данные, – выразить одним уравнением движение и самых больших тел во Вселенной, и мельчайших атомов. Для такого разума не осталось бы никакой неопределенности, и будущее открылось бы перед его взором точно так же, как и прошлое.
Эта точка зрения подтверждает правдивость возможности, обсуждаемой нами в коане «СУЩНОСТЬ ВРЕМЕНИ»: на фундаментальном уровне судьбоносное решение, которое вы примете завтра, не отличается от решения, которое вы приняли вчера. Оба решения одинаково реальны и окончательны, просто случилось так, что человек, читающий это предложение, еще не знает про решение, которое будет принято завтра. И, в любом случае, вчерашний день никуда не «делся»: он так же реален и такой же «настоящий», как и тот момент, в который это следующее предложение прочитано. Если бы джинн существовал и сидел рядом с вами, он бы сказал вам, какое именно решение вы примете завтра, – и что бы вы ни Делали, ничто на свете не могло бы помешать вам принять это решение. Для джинна попытка изменить это решение выглядела бы подобно тому, как если бы одно слово на этой странице боролось за то, чтобы изменить другое слово. Эйнштейн сказал об этом так: «Для нас – верующих физиков – различие между прошлым, настоящим и будущим – только иллюзия, хотя мы за нее упорно держимся».
Это довольно сложное логическое построение, в конечном итоге отрицающее, казалось бы, совершенно ясное интуитивное представление о том, что вы можете изменить будущее (которое еще не существует), но никак не прошлое (которое существует, но в него нельзя вернуться), и о том, что вы в действительности свободны принимать решения, влияющие на будущее. Но реальная ли это свобода или кажущаяся – вопрос, который издавна беспокоит тех из нас, кто глубоко задумывается над устройством мира и с религиозной, и со светской точек зрения.
Давно известен богословский дискурс, возникший в попытке примирить всемогущего Бога с данной им человеку свободой выбора: если Бог (или Аллах) всемогущ, тогда он (как джинн или разум Лапласа) не может не знать, какой выбор мы сделаем, так что выбор уже определен, если даже пока не сделан. И с религиозной, и с моральной точек зрения проблема выглядит удручающе: если у нас нет реальной возможности выступать в качестве самостоятельного субъекта, тогда как мы можем быть ответственными за свой моральный выбор? Какой вообще смысл имеют понятия добра и зла, если наш выбор не свободен?
Хотя подобные парадоксы неизбежно сопровождают веру во всезнающее божество, они родились задолго до того, как такая вера широко распространилась. В западной мысли эта идея носилась в воздухе уже в Древней Греции, она нашла свое отражение в атомизме Левкиппа и Демокрита, натурализме Анаксагора и знаменитом объяснении Сократа (к которому мы еще вернемся) причин того, почему он остался в Афинах, где его ждала казнь.
На Древнем Востоке карма (понятие, которое грубо можно перевести как «причина – следствие») положена в основу как физических, так и ментальных явлений. Она было также ключевой частью учения Будды. Он считал, что ментальные или физические явления суть неизбежное следствие причин и условий, порождающих эти явления: «Когда есть это, есть и то. Из появления этого появляется и то. От исчезновения этого исчезает и то».
Научный детерминизм представляет в каком-то смысле логическую кульминацию этих идей: состояние Вселенной в определенный момент времени и неизменные законы в совокупности определяют состояние Вселенной во все прошлые и будущие времена. Если мы рассматриваем наши мысли и решения как часть этого состояния, они также должны быть детерминированы. И ошеломительный успех, и точность их предсказаний подтверждает положение, что из этих законов не бывает исключений. Мы подчиняемся их прихотям.
Все вышеприведенные аргументы могут быть изложены, как это и сделал Лаплас, на уровне ньютоновской физики. Меняет ли что-то теория относительности Эйнштейна? Вспоминая его изречение о том, что различие между прошлым и будущим – это «иллюзия, за которую мы держимся», можно предположить, что теория относительности предоставит нам еще более веские доводы.
Представим, что детерминизм неверен и что существует пограничная область – «настоящее» – между прошлым, которое определено, и будущим, которое открыто и в нем еще нет определенности. Будущее Вселенной по отношению к «настоящему», то есть «сейчас», еще не наступило.
Но это «сейчас» – оно «сейчас» для кого?
Специальная теория относительности учит нас, что какое бы определение «сейчас» мы ни выбрали, существует другой наблюдатель, движущийся относительно нас, со своим определением «сейчас», которое имеет такое же право на существование. Мы видели, что поедание черной дырой планеты для одного наблюдателя могло бы по отношению к его «настоящему» быть будущим, а для другого – прошлым.
В общей теории относительности эта неоднозначность еще более усиливается. Теория говорит о том, что можно назвать две любые точки соответствующими одному и тому же «моменту времени», если нельзя послать сигнал (со скоростью света или меньшей) из одной точки в другую. Так, в то время как мы ранее показали, что геометрическое место точек «сейчас» – это прямая горизонтальная линия на пространственно-временной диаграмме, в общей теории относительности любая кривая может быть геометрическим местом точек «сейчас», если только приращение по вертикали у нее никогда не превысит приращение по горизонтали. Это отображено на пространственно-временной диаграмме (ниже), иллюстрирующей различные способы расслоения пространства-времени на пространство и время. Каждый момент времени – непрерывная последовательность точек, отображающих события, которые считаются одновременными, – определенное космическое «сейчас». Но простое требование того, чтобы одновременные события не могли влиять друг на друга, означает, что каждая кривая «времени» может изгибаться на странице вверх и вниз. Это делает возможным определять время многими различными методами. При одном методе горизонтальная линия, помеченная символом ta, могла бы означать одно и то же время, как это и было на наших предыдущих пространственно-временных диаграммах. Но, согласно другому определению, одному и тому же времени может соответствовать кривая tb в пространстве-времени. События вроде тех, что помечены на рисунке символами «1» и «2», в первом определении являются одновременными, а согласно второму определению происходят в разное время. Кривая же tc не может представлять собой реальную последовательность одновременных событий, поскольку некоторые из них находятся в причинно-следственной зависимости, а следовательно, могут обмениваться сигналами.
Различные способы расчленения пространства-времени на пространство и время (см. объяснения в тексте).
Эта неоднозначность в том, как определяется одновременность, означает, что и в специальной, и в общей теории относительности некоторые события, согласно вашему определению происходящие «сейчас», либо происходили в прошлом, либо произойдут в будущем по другому столь же правильному определению. Утверждение о том, что есть некое космическое «чувство», позволяющее разделять одни части пространства-времени, считая их «уже» зафиксированными и определенными, а другие части – «еще нет», оказывается прямо противоречащим принципу относительности.
Это сильные аргументы в пользу того, что будущее предопределено. Стрела либо уже поразила цель, либо нет. Вы не знаете исхода, но этот исход не зависит от вашего знания. Вам просто нужно дождаться результата.
Но верны ли эти сильные аргументы? Существует ли этот всемогущий джинн – пускай даже не как реальное существо, а как некое математическое Перо, усердно прописывающее все события во Вселенной вплоть до конца света?
