Однако есть и другая стратегия, которая кажется менее неуклюжей и значительно более драматичной. Это идеализм в философском понимании данного слова. С философской точки зрения «идеализм» означает не «стремление к высоким идеалам», а убеждение, что основа реальности является по характеру ментальной, а не физической. Идеализм можно противопоставить физикализму или материализму, согласно которым основа реальности образована физической материей, а разум и сознание возникают на основе материи как совокупные феномены. Если физикализм утверждает, что существует всего один мир, физический, а дуализм – что в мире существует как физический, так и ментальный уровень, то идеализм настаивает на существовании лишь ментального уровня. (С логической точки зрения остается еще одна возможность, которая, правда, не пользуется популярностью, – что не существует ничего ни физического, ни ментального.)
Для идеалиста разум первичен, а то, что мы считаем «материей», есть отражение наших мыслей о мире. В некоторых версиях этой теории реальность возникает на основе коллективной деятельности отдельных разумов, тогда как в других версиях единственная концепция «ментального» лежит в основе как отдельных разумов, так и реальности, которая благодаря ним воплощается. Некоторые величайшие в истории философы, в том числе представители и восточной традиции, и западной, например Иммануил Кант, симпатизировали некоторой версии идеализма.
Несложно заметить, что квантовая механика, по-видимому, хорошо сочетается с идеализмом. Согласно идеализму, разум является первоосновой реальности, а квантовая механика (в академической формулировке) сообщает, что такие свойства, как координата и импульс, не существуют до тех пор, пока их не пронаблюдает некто предположительно разумный.
Все разновидности идеализма спотыкаются о тот факт, что реальный мир во всех ситуациях, за исключением одного неоднозначного примера – квантового эксперимента, вполне нормально работает без какого-либо участия сознающего разума. Наш ум позволяет выяснять факты о мире посредством наблюдения и эксперимента, а разные умы открывают различные аспекты мира, которые полностью согласуются друг с другом. Мы составили весьма подробное и успешное описание первых трех минут в истории Вселенной, когда ни один известный разум о ней не размышлял. Тем временем прогресс в нейрофизиологии позволяет все точнее идентифицировать конкретные мыслительные процессы и связывать их со специфическими биохимическими событиями, происходящими в нашем материальном мозге. Если бы не квантовая механика и проблема измерения, то весь наш опыт восприятия реальности свидетельствовал бы в пользу первичности материи, из которой образуется разум, а не наоборот.
Итак, настолько ли нас не устраивает странность процесса квантового измерения, чтобы ради его объяснения мы решили отвергнуть физикализм как таковой в пользу идеалистической философии, позиционирующей разум в качестве первоэлемента реальности? Обязательно ли квантовая механика подразумевает центральность ментального?
Нет. Нам не требуется наделять сознание какой-то особой ролью, чтобы решить проблему квантового измерения. Мы видели несколько контрпримеров. Многомировая интерпретация – явный пример теории, позволяющей объяснить коллапс волновой функции на основании чисто механистического процесса декогеренции и ветвления. Можно поразмыслить о том, что сознание как-то участвует в этом процессе, но, учитывая все, что понимаем сегодня, строгой необходимости в этом нет. Разумеется, мы часто говорим об осознанном восприятии, пытаясь спроецировать квантовый формализм на наблюдаемый мир, но лишь в тех случаях, когда пытаемся объяснить подобный опыт как таковой. В остальном разум совершенно не участвует в данном процессе.
Всё это сложные и тонкие проблемы, а эта книга – не лучшее место для честного и исчерпывающего арбитража в споре между идеализмом и физикализмом. Идеализм – это феномен, который не так легко опровергнуть. Если кто-либо уверен в его правильности, то сложно указать ему на какой-то аспект, который однозначно изменил бы его мышление (или разум). Но идеалисты не могут утверждать, что квантовая механика вынуждает нас встать на их позиции. У нас есть очень стройные и убедительные модели мира, в которых реальность существует независимо от нас, и нет необходимости полагать, что мы создаем реальность, наблюдая ее или размышляя о ней.
Часть IIIПространство-время
11Почему существует пространство?Эмерджентность и локальность
Хорошо, наконец-то пришло время задуматься о реальном мире.
«Подождите-ка, – читаю я ваши мысли, – мне казалось, мы и так говорили о реальном мире. Разве не предполагается, что квантовая механика описывает реальный мир?»
Да, конечно. Но квантовая механика может описывать и множество других миров, а не только наш. Квантовая механика как таковая не является единой теорией в том смысле, что не является моделью конкретной физической системы. Как и классическая механика, это научный аппарат, воспользовавшись которым можно говорить о множестве разных физических систем. Можно говорить о квантовой теории отдельно взятой частицы, либо электромагнитного поля, либо множества спинов, либо целой Вселенной. Теперь давайте сосредоточимся на том, как могла бы выглядеть квантовая теория того мира, в котором мы живем.
К этой цели – найти подходящую квантовую теорию для реального мира – стремятся целые поколения физиков с начала XX века. По любым мыслимым меркам в этом достигнуты исключительные успехи. Важный шаг заключался в осознании того, что базовыми составляющими природы являются не частицы, а поля, заполняющие собой все пространство, – так появилась квантовая теория поля.
Еще в XIX веке физики, по-видимому, нащупали парадигму, согласно которой важная роль в мире отводится как полям, так и частицам: материя состоит из частиц, а силы, лежащие в основе их взаимодействий, описываются полями. Сегодня мы представляем эту картину лучше: даже частицы, которые мы так хорошо знаем и любим, на самом деле представляют собой просто вибрации полей, заполняющих окружающее нас пространство. Когда мы в физическом эксперименте видим нечто похожее на треки частиц, это свидетельствует о том, что наблюдаемое нами отличается от действительной реальности. Мы видим частицы, когда обстоятельства к этому располагают, но, согласно нашим лучшим теориям, поля более фундаментальны.
Гравитация – это та часть физики, которая никак не хочет с удобством вписываться в парадигму квантовой теории поля. Часто приходится слышать: «У нас нет квантовой теории гравитации», но это излишне сильное утверждение. У нас есть исключительно хорошая классическая теория гравитации: общая теория относительности Эйнштейна, описывающая кривизну пространства-времени. Общая теория относительности сама по себе является теорией поля, так как описывает поле, заполняющее все пространство, в данном случае – гравитационное поле. Кроме того, мы очень хорошо разобрались, как брать классическую теорию поля и квантовать ее, получая на выходе квантовую теорию поля. Применяем эти процедуры к известным полям фундаментальной физики – и получаем так называемую Основную теорию[20]. Основная теория точно описывает не только физику частиц, но и гравитацию, поскольку сила гравитационного поля возрастает не слишком сильно. Ее достаточно, чтобы описать все без исключения феномены, относящиеся к нашему повседневному опыту, а также многое сверх того – столы и стулья, амеб и котят, планеты и звезды.
Проблема в том, что Основная теория не охватывает многих ситуаций, находящихся за пределами повседневного восприятия, в том числе явления, происходящие в таких местах, где гравитация доходит до экстремальных значений, например черные дыры и момент Большого взрыва. Иными словами, у нас есть теория квантовой гравитации, которая работает, пока гравитация весьма слаба. Эта теория отлично описывает, почему яблоки падают с дерева, а Луна обращается вокруг Земли. Но это ограниченная теория: как только гравитация становится очень сильной или мы пытаемся слишком далеко экстраполировать наши вычисления, этот теоретический аппарат дает сбой. Насколько мы можем судить, такая ситуация характерна только для гравитации. В случае со всеми прочими частицами и силами квантовые теории поля, по-видимому, описывают любые ситуации, какие только можно вообразить.
Когда оказывается, что мы не способны квантовать общую теорию относительности столь же легко, как это получается с любой другой теорией поля, мы можем попробовать несколько стратегий. Во-первых, просто хорошенько подумать: возможно, существует хороший способ напрямую проквантовать общую теорию относительности, но для этого нужны новые приемы, которые не требуются нам при работе с другими теориями поля. Другой подход – представить, что общая теория относительности не подходит для квантования. Может быть, нужно взять за основу-предшественницу другую классическую теорию, например теорию струн, и квантовать уже ее, надеясь, что в результате удастся построить квантовую теорию, которая будет включать и гравитацию, и все остальные взаимодействия. Уже несколько десятилетий физики экспериментируют с этими подходами и достигли некоторых успехов, но по-прежнему остается много нерешенных загадок.
Здесь мы рассмотрим иную стратегию – такую, которая с самого начала исходит из квантовой природы реальности. Каждый физик понимает, что в основе своей мир является квантовым, но на практике физикам не остается ничего иного, как прислушиваться к собственному опыту и интуиции, которые формировались на основе классических принципов. Существуют частицы, существуют поля, у них есть некоторые свойства, и мы можем их наблюдать. Даже при явном переходе к квантовой механике мы обычно берем классическую теорию и приступаем к ее квантованию. Но природа так не делает. Природа изначально