Квантованный человек

1. Вступление

1.1. Для кого предназначена эта книга

В экранизации одной из новелл прекрасного писателя О, Генри есть такой эпизод: полицейский ведёт человека, арестованного за бродяжничество, в тюрьму.

– Как ты думаешь, зачем я родился? – спрашивает арестованный у полицейского.

Тот молчит.

– А зачем ты родился? – снова спрашивает арестованный.

– Пошли быстрее, – говорит полицейский, – а то на обед опоздаем.

Эта книга предназначена для тех, кто не боится опоздать на обед.

2. Не верь глазам своим

2. 1. И, всё-таки, Земля плоская!

В те далёкие времена, когда наша планета была ещё плоской и покоилась на трёх китах, вопрос о том, зачем родился человек, беспокоил мыслителей (которые в большинстве своём не боялись опоздать на обед и жили иногда в совсем неблагоустроенных бочках) ничуть не меньше чем нынешних преуспевающих мэтров науки. Правда, представление о том, что земля плоская не вызывало у обывателя ни малейшего сомнения. Я допускаю, что и тогда находились скептики, имеющие своё мнение по этому вопросу. Но отсутствие элементарного воспитания у алчущих зрелищ сограждан позволяло представителям доминирующей парадигмы решить научный спор в свою пользу и доставить удовольствие массам, используя в качестве решающего аргумента костёр, или крест, или, на худой случай, чашу с ядом.

И действительно, зачем будоражить умы добропорядочных граждан, если любой дурак может собственноручно пощупать своими собственными руками поверхность родной планеты, и своими собственными глазами увидеть абсолютно плоский, аккуратно ухоженный, прополотый и огороженный сплошным забором, милый сердцу личный огород.

Покажите мне того учёного, который осмелится утверждать, что мой огород не плоский. В общественной бане такого смельчака попросту тазиками забросают!

Да, я знаком со Специальной Теорией Относительности А. Эйнштейна и согласен с преобразованиями Лоренца. Да, я смотрю телепередачи из космоса и вижу на экране Землю шаровидной формы. Но мой огород – плоский! А это значит, что все огороды в мире плоские. И, уже, само собой разумеется, что сумма плоских огородов может дать только плоскую поверхность Земли. И мне наплевать, если это противоречит какой-то там теории или весьма сомнительным снимкам, вроде бы сделанным с искусственного спутника. Зато это не противоречит моему жизненному опыту. А изготовить снимки «при современном развитии печатного дела на Западе»…

Представим себе ещё одну гипотетическую ситуацию.

Допустим, в локомотивном депо, в здании мастерской по ремонту локомотивов некоторый рабочий по фамилии – ну, пусть – Ньютон, рассуждает так:

– Я проработал в этих стенах всю свою жизнь и убедился в одном: расстояние между рельсами неизменно. И это – фундаментальный закон мироздания.

На что второй рабочий, по фамилии – допустим – Эйнштейн, возражает:

– А ты выгляни, братец, в окно, и получишь возможность убедиться своими глазами, что с приближением к линии горизонта расстояние между рельсами уменьшается до тех пор, пока они не сольются в одну точку. А о том, что происходит с ними дальше – и подумать страшно. Там, за линией горизонта, время должно течь в обратную сторону, материал рельсов должен находиться в состоянии сингулярности. Полнейший коллапс, одним словом. Дорога в никуда. А если и есть в этом мире что-то постоянное, так это – линия горизонта. Но и она для нас недостижима.

И первый рабочий, выглянув в окно, к своему ужасу убеждается в правоте своего более просвещённого коллеги. Правда, если бы при этом разговоре присутствовал машинист локомотива, то он бы популярно объяснил спорящим сторонам, что нигде, от самых ворот мастерской и до самой Москвы, куда ведёт железнодорожная линия, расстояние между рельсами не изменяется. И даже за Москвой, на станции Захолустная-товарная, где ему приходилось бывать, время такое же, как и в Москве. И крепость водки такая же, и всё остальное точно такое же, только трубы пониже да дыму пожиже. И никакого коллапса при хорошей закуске не бывает.

А вы говорите, что земля – не плоская! Закусывать надо получше, товарищи!

Ну, а как быть тем, кто по состоянию здоровья не употребляет даже за чужой счёт? Ведь им-то ясно видно, что земля была плоской только до тех пор, пока человек не поднялся выше своего забора. И то, что она сейчас круглая, тоже временно: завтра она вполне может принять вид спирали, в которой сферы различного радиуса вращаются друг относительно друга. И рельсы сходятся в точку только потому, что из окна депо их можно увидеть всего лишь, как искажённую проекцию действительности на наблюдателя. Как хорошо известную художникам «перспективу», которую они используют для придания иллюзии объёма плоской картине.

И кто же тогда не прав, если все вокруг правы? Замкнутый круг получается.

Физики утверждают, что свет имеет двойственную природу: с одной стороны он ведёт себя как частица материи, а с другой стороны как волна, как колебание какой-то среды. И у нас нет оснований не доверять многократно полученным эмпирическим данным.

Представители этой точной науки, проникая в глубины атома, вдруг столкнулись с весьма загадочными явлениями. С одной стороны, эксперименты с макротелами, проводимые в различных частях земного шара, всегда давали один и тот же результат при прочих равных условиях. Как говорится, туз – он и в Африке туз. А с другой стороны, при работе с объектами микромира, результаты эксперимента вдруг как-то совсем неожиданно проявили зависимость от наблюдателя, от его ожидания, представления о возможном течении процесса, если не сказать – от настроения!

Плюс ко всему, такие понятия как причина и следствие можно безболезненно поменять местами.

На смену самоуверенным однозначным математическим расчётам пришло робкое понятие вероятности наступления события. Как говорят на грузинских рынках: «Два прыбавыт два будэт гдэ-то около пяты». А если настроение у продавца плохое, он скажет: «Будэт дэсят!». Да ещё и сдачу с двадцатки не даст.

Похоже, что точная наука вторглась со своим уставом в чужой монастырь. И теперь в срочном порядке надо подгонять устав под существующую реальность. Но при этом нельзя и отменять добытые в поте лица сокровища знаний. Тем более что они дают верные результаты в рамках своей применимости.

Законы Ньютона верно служат людям при небольших скоростях (стремящихся к нулю, к состоянию покоя) наблюдателя относительно наблюдаемого объекта. И расстояние между рельсами в Евклидовом пространстве одинаково у противоположных стен лаборатории. А если скорость приблизится к скорости света? Тогда реальность достаточно полно описывается Специальной Теорией Относительности А. Эйнштейна. Правда, при этом возникает ряд парадоксов, которые можно метафорически сравнить со сходящимися в точку рельсами. И, тем не менее, Вселенная будет выглядеть из окна лаборатории именно так, как это следует из СТО. Если скорость света будет постоянна.

А если нет?

Ах, как было бы прекрасно, если бы не было этого слова – «если»!

Но без него невозможно существование точных наук. Ведь всё, чем до сих пор занималась, скажем, физика, можно свести к следующему:

1. При помощи введения искусственных границ (постулатов) выделялась некоторая область бесконечной Вселенной (личный огород выделялся из суммы огородов и огораживался забором).

2.Создавался некоторый искусственный эталон (скажем, эталон метра, хранящийся в Париже).

3. Выделенная при помощи искусственных границ область Вселенной сравнивалась с искусственно созданным эталоном, и полученный результат выражался в искусственно созданных системах единиц (площадь огорода – знаменитые шесть «соток»).

4. Делались различные логические умозаключения, рассчитывались всевозможные константы, представляющие собой отношения обратных величин одного и того же процесса (например, скорость света, как отношение некоторого пространства к некоторому времени – антиподу, неразрывно связанному с этим же пространством).

5. Генерировались теории, способные объяснить связи между полученными опытным путём результатами и, по возможности, предсказать другие результаты.

6. И – самое главное – придумывались всё новые и новые названия бесконечному числу процессов, частиц, эффектов, парадоксов, являющихся по своей сути элементами, звеньями цепи одного и того же процесса – единства и борьбы противоположностей.

И настоящим «коллапсом» для физиков станет тот момент, когда в их лексиконе закончится запас слов для названия новых явлений или «найэлементарнейших» частиц. Ведь уже украли эти господа название кварка у писателя Джойса, из романа «Поминки по Финнегану». В бредовом сне герой этого романа видит летящих за его кораблем чаек, которые человеческими голосами выкрикивают бессмысленную фразу: «Три кварка для мистера Марка!»

А ещё величают себя представителями точных наук! Стыдно, господа!

А что же философы? Ведь это уже их вотчина, их огород, их хлеб насущный. Только у философов свои проблемы. Абсолютно позабыв о законе единства и борьбы противоположностей, который они сами же и назвали фундаментальным, философская братия (по крайней мере, в мою бытность студентом) с пеной у рта доказывала друг другу, что первично – бытие или сознание. Материалисты и идеалисты бросались в сражение (подобно персонажам с острова лилипутов, затеявших гражданскую войну из-за выеденного яйца), вместо того, чтобы на основании своего же фундаментального закона признать двойственность решения основного вопроса философии.

Основатель психоанализа З. Фрейд, отличавшийся беспристрастной констатацией фактов, даже если они противоречили его ожиданиям, утверждает, что психические процессы являются следствием конфликта двух противоположных тенденций. И здесь результат зависит от настроения пациента, или, если точнее, от веры. Причина и следствие тоже вполне взаимозаменяемы. И фрагменты психической реальности, вдобавок, не подвержены изменениям во времени, будто последнего для них не существует вовсе. Фрейд приводит тому убедительные подтверждения из своей практики.

Тех же взглядов о двойственности психики человека придерживался К.Г.Юнг.

Я опускаю в настоящем повествовании целый ряд примеров двойственности в философских и религиозных течениях так называемого Востока. Их с исчерпывающей полнотой описал Фритьоф Капра в «Дао физики», прекрасной книге, в которой он, физик, с поэтическим воодушевлением выразил свои чувства, своё осознание общности всего сущего во Вселенной.

Вот и дожились мы до тяжёлых времён, когда физики говорят языком поэзии, математик Л. Кэррол сочинил сказку о Зазеркалье, а посредственные поэты, вроде меня, разрабатывают такие же посредственные теории.

Дальше просто некуда!

Нет, вру: случилось мне заглянуть в бухгалтерскую книгу. К своему ужасу, я обнаружил там два противоположных раздела баланса: активный и пассивный. Это и стало последним доводом, убедившим меня в двойственности всех процессов во Вселенной.

Я не хочу недооценивать значение физики или других точных наук. Но в гордом одиночестве ни одна отрасль человеческого знания не в состоянии дать достаточно полного описания и толкования явлений в освоенной части Вселенной. Говоря о человеческом знании, я имею в виду не только науку, но и религию, и искусство. И ту область знания, от которой шарахаются все люди, считающие себя достаточно культурными. Я говорю о мистических знаниях всевозможных колдунов и шаманов, ясновиденье и телепатии, и других явлениях, именуемых ещё паранормальными.

Думаю, что после прочтения предыдущего абзаца некоторые из читателей с возмущением захлопнут книгу и со словами: «С меня достаточно!», небрежно швырнут её обратно на полку магазина. Ну, что ж, это их право. Тем же, кто не боится опоздать на обед, я предельно честно расскажу о тех мистических событиях, которые сопровождали появление на свет сего трактата. Увы, за рамками точных наук, за рамками того, что принято называть здравым смыслом, существует и противоположность логически и однозначно объяснимых событий. И этот мир неразрывно связан с человеком, точно так же, как и хорошо знакомый нам мир объективной материи. И мы с вами находимся и «здесь» и «там», хотим этого, или нет.

Для наблюдателя, смотрящего из окна своей лаборатории это «там» находится за линией горизонта, где рельсы сходятся в точку, и время изменяет свою полярность.

Для машиниста локомотива это сверхъестественное «там» привычно и знакомо так же, как и «здесь». И «там», за горизонтом, вполне возможно, есть у него одна знакомая женщина – зубной техник, которая живёт у самой станции. И рельсы у этой станции не сходятся в точку. А огород у женщины – плоский. И растёт на этом огороде самая обыкновенная картошка. Вот только колорадского жука нет: зимы «там» суровые, морозы крепкие – не выдерживает жук. Да и ладно! В принципе, можно и без колорадского жука прожить. Скучно, но можно.

А вам, бедному читателю, до предела смущённому вышеописанными взаимоисключающими фактами, ничего не остаётся, как тихонько опуститься на нагретую солнцем землю, потрогать её ладонями и сказать:

– И, всё-таки, она плоская!

Но не надо переходить в разряд пессимистов. Это не только вредно, но даже опасно. Помните, что настроение влияет на результаты эксперимента. А поскольку экспериментом является вся наша жизнь, то и его результаты нам далеко не безразличны.

Но, всё по порядку: сначала – улья, потом – пчёлы, и только потом – мёд.

2.2. Всё новое – это хорошо забытое старое

На первом этапе нашей совместной попытки разобраться в хитросплетениях противоречивой действительности, мы ознакомимся с некоторыми представлениями человечества об окружающем нас мире. Эти теории можно метафорически сравнить со ступенями спиральной лестницы, ведущей ввысь, к познанию новых уровней реальности. И каждая последующая ступень является надстройкой предыдущей.

Первый, и самый значительный, на мой взгляд, момент, с которого я хотел бы начать экскурс в историю – это поиски элементарного «кирпичика» Вселенной. В качестве такого «кирпичика» материи в пятом веке до нашей эры греческими мыслителями (Демокрит, Левкипп) было предложено понятие атома. Этот тезис возник, как компромиссное решение противоречия между концепцией Гераклита (которая заключалась в описании мира, как постоянной, непрерывной изменчивости и текучести всех сущностей, носящих циклический характер и являющихся следствием взаимодействия различных пар противоположностей, составляющих единое целое – логос) и концепцией сторонника стационарной, неизменной формы Бытия – Парменида.

Таким образом, первое проявление двойственности Вселенной, высказанное представителями противоположных концепций, закончилось введением понятия «атом», который имел двойную природу. С одной стороны атом предполагался как мельчайшая, неизменная и более неделимая частица материи, а с другой стороны он выступал как основа непрерывно изменяющейся, текущей всё той же материи. Бытие представлялось грекам, как совокупность атомов, которые, соединяясь и расходясь, порождают всё многообразие мира.

Анализируя самым тщательным образом последующие теории мироздания, я пришёл к выводу, что все они являются модифицированными производными либо от всей концепции Демокрита-Левкиппа, либо от её частей.

Браво, греки!

В основу мировоззрения Декарта легло разделение целостной Вселенной на две противоположности: сознание и материю, живое и неживое. На основе этого же разделения возникла механика Ньютона, послужившая толчком к последующему лавинообразному потоку открытий в науке.

Характерно, что сам Ньютон, построив модель Вселенной, управляемую законами механики, не сомневался в существовании Бога, как создателя и противоположности подобной Вселенной. Декарт тоже верил в объективность и независимость окружающего мира от человека-наблюдателя. И эта объективность основывалась на том, что мир взаимосвязан с Богом.

Уже сейчас можно сделать вывод, что объяснение явлений во Вселенной, открытие закономерностей, связывающих эти явления, происходило тогда, когда для решения задачи само явление либо разделялось на противоположности, либо воссоединялось с явлением-антиподом. А результатом взаимодействия антиподов было появление некоторой сущности (того же «атома»), обладающей двойственной природой.

По этой же схеме произошла и следующая «революция» в физике. Постоянному, абсолютному потоку времени, стационарному пространству и неизменной массе А. Эйнштейн противопоставил их относительность. Картина Вселенной изменилась до неузнаваемости. Одни и те же процессы во Вселенной стали протекать по разному для наблюдателей, движущихся с различными скоростями, структура пространства и его неразрывного антипода – времени – проявила зависимость от распределения масс в этом пространстве-времени. А в ядерной физике твёрдый «кирпичик» – атом – оказался внутри пустым, как средневековый рыцарь в музее. И вершиной айсберга из парадоксов стала двойственность света и субатомных частиц (они проявляли и свойства твёрдой материи, и диаметрально противоположные свойства волны, в зависимости от организации эксперимента).

«Волновую картину света или субатомных частиц, – пишет С. Гроф, – не следует понимать буквально. Под волнами подразумеваются не трёхмерные конфигурации, а математические абстракции или „волны вероятности“, отражающие вероятность обнаружения частицы в данное время и в данном месте. Квантовая физика, таким образом, предложила научную модель вселенной, резко контрастирующую с моделью классической физики. На субатомном уровне мир твёрдых материальных тел распался на сложную картину волн вероятности. Более того, тщательный анализ процесса наблюдения показал, что субатомные частицы не имеют смысла как отдельные сущности; их можно понять только как взаимосвязи между подготовкой эксперимента и последующими измерениями. Поэтому волны вероятности представляют собой, в конечном счете, не вероятности конкретных вещей, а вероятности взаимосвязей».

Компромисс между возникшим противоречием Н. Бор предложил решить при помощи введения в оборот принципа дополнительности. В соответствии с принципом дополнительности волновое и корпускулярное описания микропроцессов не исключают и не заменяют, а дополняют друг друга. Для формирования представления о микрообъекте необходим синтез этих двух описаний. Довольно знакомый в Греции приём!

Квантовый объект – это не частица и не волна, и даже не то и другое одновременно. Квантовый объект – это нечто третье, не равное простой сумме свойств волны и частицы (точно так же, как мелодия – больше, чем сумма составляющих её звуков). Это квантовое «нечто» не дано нам в ощущениях, тем не менее, оно, безусловно, реально. У нас нет органов чувств, чтобы вполне представить себе свойства этой реальности. Однако сила нашего интеллекта, опираясь на опыт, позволяет всё-таки её познать.

Упрощая, можно сказать, что реальный квант постоянно болтается между двумя противоположными параметрами (на шкале от нуля до единицы).

Таким образом, во всей Вселенной остался только один островок постоянства – это постоянство скорости света.

Хочу отметить, что ещё Галилей сформулировал принцип относительности, как относительность абсолютно всех явлений друг к другу. А. Эйнштейн наделил скорость света привилегией абсолютного постоянства.

Вернёмся теперь к поискам наименьшего «кирпичика» материи. Результаты экспериментов в ядерной физике поочерёдно низвергают с «пьедестала неделимости» всё новые «элементарные» частицы. Энергия, затрачиваемая для дробления многих из них сопоставима с энергией, необходимой для их же создания «из пустоты». Новое противоречие, заключающееся в том, что подобные частицы являются неделимыми и делимыми одновременно, встало на пути поиска.

Последуем же примеру мудрых греков и введём в оборот понятие «квант процесса», который более неделим только в отношении к данному конкретному процессу и делим на другие кванты других процессов. Электрон для химика – неделимый квант процесса, чего не скажешь о физике-ядерщике. Неделимый кирпич в магазине стройматериалов легко делится каменщиком при осуществлении кладки.

На Копенгагенской конференции в 1950 г. была высказана следующая точка зрения на парадоксы микромира: не существует реальности, пока нет наблюдения этой реальности, и именно факт наблюдения рождает парадоксы.

Думается, что реальности глубоко безразлично наше мнение о её существовании. Ведь если я из своего окна не вижу Москву, это не значит, что её нет вообще, и она никак со мной не связана.

А вот со вторым тезисом невозможно не согласиться: все парадоксы возникают из-за субъективности наблюдателя, а результат наблюдения трактуют, как абсолютно объективный. Вспомним о сходящихся рельсах.

Для решения парадоксов микромира были предложены гипотезы расщепляющихся Вселенных (Хью Эверет, Джон А. Уилер и Нил Грэхем). Она предполагает, что Вселенная в каждое мгновение разветвляется на бесконечное число производных вселенных, в которых реализуются все возможности, предусмотренные математическим аппаратом квантовой теории. Это снимает противоречия, при условии, что производные вселенные не сообщаются между собой. Но в данной гипотезе содержится ещё одно противоречие. Если вселенные имеют общий «корень», они уже взаимосвязаны. Противоречие снимается введением ещё одного противоречия: производные вселенные связаны общим источником происхождения, но не связаны в части протекающих в них процессов.

Давая оценку эмпирическим данным в области квантовой физики, можно выделить следующее противоречие: материя Вселенной представляет собой комбинации объективно существующих элементов, однако эта материя не может быть разложена на отдельные, невзаимосвязанные элементы.

В принципе, не очень далеко мы ушли от Демокрита «со товарищи».

Описание «подведомственной» части Вселенной в другой естественной науке – химии – имеет не столь драматическую историю и на нынешнем этапе вполне успешно завершается созданием Периодической системы элементов Д.И.Менделеевым. Периодическая система элементов достаточно полно и предельно просто (даже элегантно) описывает «химическую» составляющую окружающего нас мира.

Здесь уместно заметить, что история создания Периодической системы опять же произошла по «накатанной» схеме: после продолжительной исследовательской работы, сопровождаемой жгучим желанием постигнуть закономерность, объединяющую химические элементы, Д.И.Менделеев увидел её во сне в форме таблицы. То есть последовательное накопление квантов знания перешло на новый уровень скачкообразно, как внезапное озарение.

И сама Периодическая система наглядно отражает этапы развития, эволюцию химических элементов, их способность к взаимодействию и взаимному переходу друг в друга, как всё то же компромиссное решение спора, конфликта противоположных тенденций. Элементы первой группы имеют ярко выраженные восстановительные свойства – доноры. А элементы седьмой группы – окислители, акцепторы. Ряд промежуточных ячеек занимают элементы, обладающие противоречивыми свойствами. Они выступают и как окислители, и как восстановители – в зависимости от условий эксперимента. И к ним вполне применим принцип дополнительности.

Но самой интересной и необычной, на первый взгляд, является восьмая группа, элементы которой имеют завершённый (можно сказать, совершенный) электронный слой. Эти элементы ведут себе инертно по сравнению с элементами других групп. И это противоречие вполне вписывается в систему отношений частное – целое, когда химически активная часть противопоставляется инертному (противоположному) целому. По сути, инертные элементы никакого отношения к химии не имеют, поскольку в химических реакциях не участвуют.

В самых общих чертах описывая исторические воззрения на мироздание, следует немного сказать и о концепции ИНЬ и ЯН в китайской философии, символизирующие «женское» и «мужское» начала всего сущего. Аналогичные концепции есть и в других философско-религиозных течениях, и представляют собой всё то же единство и борьбу противоположностей. Только греческий акцент заменяется в них специфическим восточным колоритом. Но именно этот восточный колорит, который заключается в восприятии Вселенной путём погружения в изменённые состояния сознания, позволяет мыслителям востока в буквальном смысле увидеть внутренним взором, казалось бы, невозможное: неразрывное единство непримиримых противоположностей.