Главная страница

Хокинг, Пенроуз, Картрайт, Шимони - Большое, малое и человеческий разум. Книга написана известным английским ученым-астрофизиком и популяризатором науки


Скачать 2,63 Mb.
НазваниеКнига написана известным английским ученым-астрофизиком и популяризатором науки
АнкорХокинг, Пенроуз, Картрайт, Шимони - Большое, малое и человеческий разум.pdf
Дата29.03.2018
Размер2,63 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаKhoking_Penrouz_Kartrayt_Shimoni_-_Bolshoe_maloe_i_chelovecheski
оригинальный pdf просмотр
ТипКнига
#9102
страница1 из 15
Каталогid40469362

С этим файлом связано 70 файл(ов). Среди них: УМКСоциальная антропология 15.09 редактировано 20.09.doc, 10.gif, 9.gif, autofagia_i_apoptoz.pdf, Khaydegger_i_vostochnaya_filosofia.pdf, Manipulyatory_soznaniem_-_G_Shiller.pdf и ещё 60 файл(а).
Показать все связанные файлы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15
Книга написана известным английским ученым-астрофизиком и популяризатором науки
Род жером Пенроузом на основе престижных Теннеровских лекций (прочитанных им в 1995 г.)
и материалов вызванной этими лекциями полемики. Поэтому она включает в себя разд елы,
написанные крупными английскими учеными Нэнси Картрайт и Абнером Шимони, а также знаменитым физиком -теоретиком Стивеном Хокингом. Книгу отличают оригинальность идей автора, разнообразие обсуждаемых проблем (парадоксы квантовой механики,
астрофизика, теория познания, проблемы художественного восприятия) и исключительно высокий научный и философский уровень изложения.
Род жер Пенроуз, Абнер Шимони, Нэнси Картрайт, Стивен Хокинг
Об авторах
Заимствованные рисунки
Пред исловие переводчика Предисловие. Малкольм Лонгейр
Глава 1. Про странство-время и космология Глава 2. Тайны квантовой механики
Глава 3. Физика и разум
Литература
Глава 4. О мышлении, квантовой механике и актуализации возможно стей.
ВВЕДЕНИЕ
4.1. О РОЛИ И МЕСТЕ МЫШЛЕНИЯ В ПРИРОДЕ. ПРИМЕНИМОСТЬ ИДЕЙ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ К ПРОБЛЕМЕ СВЯЗИ
СОЗНАНИЯ И ТЕЛА. ПРОБЛЕМА АКТУАЛИЗАЦИИ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ
Глава 5. Почему именно физика?
Глава 6. Возражения убежденного ред укциониста.
Глава 7. Ответы Роджера Пенроуза
ОТВЕТ АБНЕРУ ШИМОНИ
ОТВЕТ НЭНСИ КАРТРАЙТ
notes
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10 11

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Роджер Пенроуз, Абнер Шимони, Нэнси Картрайт,
Стивен Хокинг Большое, малое и человеческий разум Оригинальные, яркие и вызывающие идеи Роджера Пенроуза относительно процессов,
протекающих в гигантском мире Вселенной, в микромире квантовой физики ив мозгу человека, не раз становились предметом острой полемики и дискуссии. Некоторые из этих идей уже знакомы читателям по его предыдущим книгам The Emperor's New Mind (Новый разум короля) и Shadows of the Mind (Тени разума. В предлагаемой книге Пенроуз обобщает и развивает их дальше, а также дает прекрасный обзор многих нерешенных проблем современной физики. Выдвигаемые Пенроузом радикальные концепции позволяют по-новому объяснять работу мозга и природу человеческого сознания.
В полемику с автором в этой книге вступили трое ученых, связанных с различными научными дисциплинами известные специалисты по философии науки Абнер Шимони и
Нэнси Картрайт, а также знаменитый физик-теоретик и астрофизик Стивен Хокинг. В
по след ней главе книги Роджер Пенроуз, продолжая эту исключительно интересную дискуссию, отвечает своим оппонентам. Читатель получает возможность ознакомиться с собственной, весьма нестандартной (иногда даже шуточной) точкой зрения крупнейшего физика-теоретика на самые важные проблемы современной науки.
Издательство Cambridge University Press во многом обязано сотрудничеству с
президентом и членами общества «Клер Холл, Кембридж, под чьим покровительством
проводились Теннеровские лекции 1995 г. по общечеловеческим ценностям, породившие данную
книгу.
Об авторах РОДЖЕР ПЕНРОУЗ Роузболловский профессор, профессор математики Оксфордского университета
АБНЕР ШИМОНИ почетный профессор философии и физики Бостонского университета
НЭНСИ КАРТРАЙТ профессор философии, логики и науковедения Высшей Лондонской школы экономики и политики (СТИВЕН ХОКИНГ Лукасианский профессор
[1]
Кембрид жского университета
Заимствованные рисунки
The Emperor's New Mind, R. Penrose, 1989. Oxford: Oxford University Press. 1.6, 1.8, 1.11, 1.12,
1.13, 1.16(a), (b) and (c), 1.18, 1.19, 1.24, 1.25, 1.26, 1.28(a) and (b), 1.29, 1.30, 2.2, 2.5(a), 3.20.
Shadows of the Mind, R. Penrose, 1994. Oxford: Oxford University Press. 1.14, 2.3, 2.4, 2.5(b),
2.6, 2.7, 2.19, 2.20, 3.7, 3.8, 3.10, 3.11, 3.12,3.13,3.14,3.16,3.17,3.18.
High Energy Astrophysics, Volume 2, M. S. Longair, 1994. Cambridge: Cambridge University
Press. 1.15, С разрешения Cordon Art-Baarn-Holand © 1989. 1.17, 1.19.
Предисловие переводчика Сложность и многообразие вопросов, рассматриваемых в книге Р. Пенроуза, требуют предварить ее перевод хотя бы весьма краткими замечаниями. Во-первых, как убедительно демонстрирует сам автор, квантовая механика далека не только от завершенности, но и от единства методологического подхода. Зад есятки лет споров о принципах квантовой физики накопилась огромная по объему литература по многим из рассматриваемых вопросов (например, о знаменитом коте Шредингера уже написаны целые библиотеки. В этом чудовищном массиве информации философские, методологические и научные противоречия естественным образом давно переросли (или переродились) в лингвистические и терминологические. Читатель может получить некоторое представление о современном состоянии вопроса по статье М. Б. Менского Квантовая механика новые эксперименты,
новые приложения и новые формулировки старых вопросов (Успехи физических наук, том, № 6, 2000, си вызванной ею дискуссии (УФН, 2001; т. 171, №4, с. 437-462; УФН,
2001; т. 171, № 6, с. 625 -Особые трудности возникают при переводе разделов, относящихся к предлагаемой Р.
Пенроузом гипотезе о квантовом характере человеческого сознания. Термины, связанные с психологией (типа русских душа, мысль, сознание, осознавание или английских mind,
awareness, conscious), не только плохо определены и расплывчаты (по сравнению с физическими, но и гораздо хуже поддаются переводу (например, широко используемое
Пенроузом понятие intelligence практически не имеет однозначной русской трактовки).
Эти обстоятельства весьма осложняют перевод небольшой по объему книги, но переводчики редактор все же надеются, что им удалось сохранить оригинальный и вольный стиль автора и достаточно верно передать сложный ход его рассужд ений.
А. В. Хачоян
Предисловие. Малкольм Лонгейр За последнее десятилетие появилось немало книг, в которых выдающиеся ученые современности пытаются объяснить широкому читателю сущность и исключительный интерес проводимых ими исследований в различных областях знаний. Наиболее известными из них стали знаменитая Краткая история времени Стивена Хокинга (которая имела столь поразительный успех, что ее издание стало заметным явлением в истории мировой научно- популярной литературы, книга Джеймса Глейка Хаос (в которой успешно показано, что сложнейшие научные изыскания иногда похожи на захватывающий детектив) и Мечты об окончательной теории Стивена Вайнберга, сделавшая понятными и интересными самые последние достижения в физике элементарных частиц.
Даже среди таких известных работ предыдущая книга Роджера Пенроуза Новый разум короля (1989 г) выделяется своей неординарностью. В то время как другие авторы обычно пытаются просто передать смысли значение достижений современной науки, Роджер рискнул предложить читателям совершенно новую, временами ошеломляющую возможность существования какой-то, пока даже не сформулированной до конца) теории фундаментальных процессов, позволяющей объединить почти несвязанные друг с другом теории, относящиеся к самым разнообразным наукам (физике, математике, биологии,
нейрофизиологии и даже философии. Неудивительно, что книга Новый разум короля»
вызвала ожесточенную полемику, в результате чего автору пришлось в 1994 г. опубликовать книгу Тени разума, в которой он попытался не только ответить своим многочисленным критикам, но и развить дальше предложенные идеи. В 1995 г. Р. Пенроуз был приглашен прочесть известные Теннеровские лекции, где он представил общий обзор своей концепции и призвал к дискуссии своих наиболее известных оппонентов, Абнера Шимони, Нэнси Картрайт и Стивена Хокинга. Три лекции цикла составили первые три главы предлагаемой читателю книги, содержащие краткое введение вкруг идей, детально разработанных автором в упомянутых выше книгах. Следующие три главы (4 — 6) содержат аргументы упомянутых участников дискуссии, а в последней главе 7 Пенроуз комментирует полученные замечания и подытоживает результаты д искуссии.
Собственно говоря, написанные Пенроузом разделы достаточно красноречивы, и поэтому мое предисловие имеет целью лишь подготовить читателя к обсуждению некоторых довольно сложных проблем современной науки, рассматриваемых ниже. Р. Пенроуз считается одним из самых блестящих математиков современности, но его исследования всегда имели весьма строгое физическое обоснование. Международное признание и славу он снискал своими достижениями в астрофизике и космологии, относящимися к релятивистской теории гравитации, причем многие работы были выполнены им совместно со Стивеном
Хокингом. Одна из сформулированных им теорем в этой области доказывает, что (в соответствии с классической релятивистской теорией гравитации) внутри так называемых черных дыр возникают физические сингулярности про странства-времени, те. в некоторых точках искривленность пространства (или соответственно плотность материи) становится бесконечно большой. Вторая теорема о бесконечности утверждает, что классическая релятивистская теория гравитации неизбежно приводит к сингулярностям такого типа в космологических моделях, связанных с Большим Взрывом. Эти теоремы показывают, что используемые нами теории еще весьма далеки от завершенности, поскольку в замкнутых и зрелых физических построениях такие сингулярности нед олжны возникать.
Эти работы представляют собой лишь часть обширного вклада Р. Пенроуза в различные
разделы физики и математики. Физикам хорошо знаком процесс Пенроуза (при котором частицы поглощают энергию вращения в черных дырах, и они широко пользуются созданными им диаграммами для описания поведения вещества в окрестности черных д ыр.
Красивая геометрия (временами напоминающая живопись) многих таких явлений наглядно представлена самим автором в первых трех главах книги. Некоторые аспекты рассматриваемых проблем уже широко известны публике по невозможным построениями картинам знаменитого художника Мориса Эшера итак называемым мозаикам самого
Пенроуза. Интересно, что М. Эшера на создание некоторых гравюр (именно тех, на которых сделана попытка изобразить невозможное) вдохновила одна из статей, написанных Р.
Пенроузом и его отцом Л. С. Пенроузом. В гл. 1 гиперболические геометрические построения Пенроуза проиллюстрированы известной серией гравюр М. Эшера Предельные окружности В связи с этим нельзя не упомянуть созданные самим Пенроузом мозаики, или «изразцы»,
которые позволяют полностью покрыть бесконечную плоскость небольшим числом разновидностей простых геометрических фигур заданного типа. Основная и самая интересная математическая сторона проблемы состоит в том, что узор, позволяющий решить эту задачу, является неповторяющимся. Эта геометрическая задача неожиданно возникает в гл. 3 книги в связи с возможностью определения строгих вычислительных операций для компьютеров.
Пенроузу удалось не только разработать ряд блестящих математических подходов, но и успешно применить их для решения сложнейших конкретных задач современной физики.
Рассматриваемые им вопросы всегда оказываются очень важными и интересными. Сейчас физики уверены, что теория Большого Взрыва дает нам достаточно верную картину возникновения Вселенной, однако она еще далека от завершенности, и мы пока не знаем многих фундаментальных законов, определяющих ее основные особенности в возрасте от одной тысячной секунды после рождения до наших дней. Для воссоздания полной картины нам еще предстоит определить начальные условия, однако все известные нам законы физики относятся лишь к достаточно старой Вселенной, возраст которой превышает упомянутый рубеж вод ну тысячную долю секунды. Поэтому мы еще должны разумным образом экстраполировать известные нам закономерности. Мы уже достаточно хорошо представляем себе требуемые начальные условия, но очень мало знаем о порождающих их причинах, и эта проблема остается центральной для всей современной ко смологии.
Обычно в космологии используют модель раздувающейся (инфляционной) Вселенной,
од нако даже в этой модели для описания некоторых особенностей процесса необходимо ввести параметры, характерные для ранней, так называемой планковской эпохи развития
Вселенной (10
-43
с, когда в этот исключительно короткий период произошли важнейшие события, последствия которых и пытается описать современная наука.
Принимая в целом привычную картину Большого Взрыва, Роджер Пенроуз отказывается от инфляционной модели и предполагает, что на самой ранней стадии развитие Вселенной определялось еще неизвестными нам физическими законами, связанными с квантовой теорией гравитации. Он считает, что многочисленные попытки построения такой теории не увенчались успехом именно потому, что задача была неправильно поставлена теоретически.
Его аргументы связаны прежде всего с проблемой определения энтропии Вселенной,
рассматриваемой в качестве единого объекта. Поскольку энтропия (очень упрощенно степень неупорядоченности системы) возрастает со временем, Вселенная должна была возникнуть из весьма упорядоченного состояния сочень низкой энтропией. Вероятность случайного появления такого состояния исчезающе мала, вследствие чего Пенроуз предположил, что задача может быть решена только в рамках точной теории квантовой
гравитации.
В гл. 2 рассматриваются общие проблемы квантования и квантовой физики, которая
(вместе со своим релятивистским обобщением — квантовой теорией поля) уже давно и очень успешно применяется для описания свойств отдельных атомов и частица также для объяснения экспериментальных результатов в ядерной физике. Однако лишь в последние годы мы стали понимать глубокий физический смысл этой теории. Пенроузу удалось блестяще продемонстрировать, что в ее внутренней структуре заложены весьма непростые (интуитивно неочевид ные) представления, не имеющие аналогов в классической механике.
Например, нелокальность означает, что при возникновении пары частица—античастица каждая из них сохраняет память о процессе рождения в том смысле, что эти частицы не могут считаться полностью независимыми друг отд руга. Роджер объясняет это тем, что
«квантовая запутанность объектов представляет собой удивительное явление, лежащее где- то между их разделением и объединением. Квантовая механика позволяет нам даже получать информацию о процессах, которые не произошли, но могли быть реализованы.
Различие между классической и квантовой механикой особенно ярко проявляется в очень необычной (с привычной точки зрения) задаче о так называемом испытании бомб в эксперименте Элицура—Вайд мана.
Интуитивно неприемлемые особенности являются неотъемлемой частью квантовой механики, однако она ставит перед нами и более глубокие проблемы. Пенроуза особо интересует вопрос о том, каким образом в физике удается связать квантовые явления с поведением систем на макроскопическом уровне. В этой весьма противоречивой ситуации многие физики используют квантовомеханические правила просто в качестве вычислительных приемов, позволяющих получать удивительно точные решения. Такой подход, несмотря на его эффективность (правильно применяя некоторые методы, вы получаете безусловно верные ответы, в сущности означает лишь грубый и лишенный изящества переход от простого и линейного мира квантовых явлений к реальному миру экспериментатора. Переход осуществляется посредством так называемого коллапса волновой функции или редукции вектора состояний. Пенроуз уверен, что при этом стандартном квантовомеханическом приеме теряется весьма значительная часть картины физического мира, и нам необходимо разработать совершенно новую теорию, которая будет как-то включать в себя указанную объективную редукцию волновых функций. Такая теория при соответствующих предельных переходах будет сводиться к обычной квантовой механике и квантовой теории поля, но она должна описывать и новые физические явления (в частности, она должна позволить нам решить задачу квантования гравитационного поля и дать описание раннего периода развития Вселенной).
В гл. 3 Пенроуз пытается выявить общие черты, присущие математике, физике и человеческому сознанию. Если задуматься, тов самом деле поразительно, что в самых,
казало сь бы, логичных и абстрактных областях физики и математики неуд ается создать программы для привычных нам дискретных компьютеров (даже для самых точных и обладающих наибольшим объемом памяти. Все компьютеры практически не могут,
например, доказывать математические теоремы, как это делают обычные люд и-математики.
Все это, с другой стороны, прекрасно согласуется с одним вариантом знаменитой теоремы
Гёд еля, которая в трактовке Пенроуза означает, что математические выводы (и, вообще говоря, все процессы, связанные с мышлением и поведением) осуществляются образом. Такое заключение представляется весьма плодотворным хотя бы потому, что интуитивно мы и сами чувствуем, что почти все наши акты сознательного восприятия нельзя свести к вычислимым операциям. Большая часть упомянутой выше
предыдущей книги Пенроуза Тени разума была посвящена именно такой интерпретации теоремы Гёд еля, имеющей особое значение для всех логических построений автора.
Пенроуз неожиданно усматривает много общего между принципиальными проблемами квантовой механики и процессов сознания. Например, он считает, что нелокальность и квантовая когерентность могут объяснить нам когерентность работы человеческого мозга, а
«невычислительный» характер процессов сознания может быть связан, по его мнению, с объективным коллапсом волновых функций макроскопических переменных. Пенроуз не только формулирует эти весьма общие принципы работы мозга, но и пытается непосредственно выявить в мозгу структуры, соответствующие указанным физическим процессам.
Разумеется, введение в книгу лишь очень слабо может отразить оригинально сть,
богатство и блеск предлагаемых автором идей и понятий, однако хотелось бы еще раз обратить внимание читателя на основные направления, играющие важную роль для понимания. Автора прежде всего поражает замечательная способность математики реально описывать фундаментальные процессы природы. Пенроуз убежден, что наш физический мир в каком-то смысле является проявлением платоновского мира математических идеалов. В
наше время, конечно, никто не пытается вывести математику из попыток описания окружающего мира или из подгонки экспериментально наблюдаемых закономерностей к математическим формулам. В действительности мы сейчас пытаемся понять структуру
Вселенной, исходя из некоторых весьма общих принципов и из законов самой математики.
Неуд ивительно, что предложенные в книге столь смелые гипотезы стали предметом ожесточенной полемики, в которую оказались вовлечены ученые самых разных специальностей и интеллектуальной направленности. Абнер Шимони во многом соглашается с Пенроузом (например, он признает незавершенность привычной формулировки квантовой механики и соглашается стем, что некоторые квантовомеханические представления вполне подходят для описания работы мозга, однако он сравнивает Роджера Пенроуза с
«альпинистом, который лезет не на ту гору, и готов предложить собственные конструктивные подходы к решению указанных задач. Нэнси Картрайт задается фундаментальными для философии вопросами о том, какие науки вообще должны лечь во снову понимания природы сознания и какова при этом роль физики. Она же поднимает в дискуссии весьма острую тему совместимости (или возможности сведения друг к д ругу)
законов различных научных дисциплин. Наиболее критическим является раздел, написанный
Стивеном Хокингом, старым другом и коллегой Пенроуза. По многим признакам именно позиция Хокинга ближе всего к точке зрения среднего физика. Он предлагает автору прежде всего самому разработать процедуру детального восстановления (ред укции)
волновых функций. Впрочем, Хокинг вообще не считает, что мнение физиков о проблемах сознания имеет какую-то особую ценность. Появление таких замечаний вполне закономерно,
и Пенроуз пытается опровергнуть их в своем общем ответе, составившем заключительную главу книги.
Од ну из поставленных перед собой задач Пенроуз, безусловно, решил с блеском — он создал некий манифест или программу развития теоретической физики XXI века. В трех первых главах книги ему удалось представить связную картину того, как должна быть
«устроена» совершенно новая физика, основанная на общей идее невычислимо сти некоторых операций и объективного восстановления волновых функций, что и является основной идеей книги. Правильность предлагаемых концепций в конечном счете будет определяться тем,
смогут ли Пенроуз и его последователи действительно создать физическую теорию нового типа. В любом случае, даже если работы по этой программе не приведут к быстрым успехам
ее основные идеи, по моему глубокому убеждению, окажут плодотворное влияние на будущее развитие теоретической физики и математики
Глава 1. Пространство-время и космология Предлагаемая читателю книга называется Большое, малое и человеческий разум, и поэтому в полном соответствии с названием две ее первые главы посвящены самым большими самым малым объектам в окружающей нас физической Вселенной, которую я с предельной схематичностью и простотой изобразил в виде сферы на рис. 1.1. Яне буду тратить время начисто ботанические описания того, что и как происходит в разных частях Вселенной, а попробую обратить ваше внимание на анализ и понимание реальных законов, управляющих ее поведением. Основная причина, по которой я разделил физические законы на части,
отно сящиеся к большому и малому, заключается в том, что общие закономерности физических процессов в очень большом и очень малом масштабах представляются весьма различными. Центральной темой гл. 3, где речь идет о человеческом сознании, является именно это бросающееся в глаза различие между законами природы для разномасштабных явлений. Поскольку я буду говорить о физическом мире на языке описывающих его физических теорий, я просто обязан сказать хоть что-то и од ругом мире — мире Платона,
фило софском представлении мира идей, абсолютов и математических истин. Конечно,
платоновский мир содержит и другие абсолютные понятия (такие как Добро и Красота, ноя в данном случае буду говорить лишь о математических принципах и понятиях. Некоторым людям трудно представить себе существование этого мира вообще, и они предпочитают считать математические понятия просто какими-то идеализированными формами объектов нашего физического мира, ив этом случае, конечно, математический мир следует рассматривать всего лишь как порождение нашего физического мира (рис. Рис. Рис. 1.2.

Я лично полагаю (и, мне кажется, большинство математиков и физиков-теоретиков придерживаются примерно той же точки зрения, что математика имеет другие, более серьезные основания и представляет собой некую структуру, управляемую собственными вневременными законами. Поэтому, возможно, многие физики и математики предпочли бы считать физический мир порождением вневременного математического мира ид ей.
Соответствующая картина (рис. 1.3) при всей ее простоте очень важна для рассматриваемых в этой книге проблем (во собенно сти это относится к материалу гл. Рис. Наиболее замечательной характеристикой законов природы является то, что они подчиняются математическим закономерностям с исключительно высокой точностью. Чем глубже мы понимаем законы природы, тем сильнее чувствуем, что физический мир как-то исчезает, испаряется, и мы остаемся лицом к лицу с чистой математикой, те. имеем дело лишь с миром математических правили понятий.
Прежд е чем перейти к дальнейшему рассмотрению, нам следует оценить временные и пространственные масштабы Вселенной и как-то связать их с местом и ролью человека в общей картине мира. Я сделал попытку объединить масштабы некоторых известных объектов и процессов вед иную диаграмму (рис. 1.4), где слева представлены характерные времена, а справа — характерные размеры. В нижнем левом углу рисунка указан минимальный масштаб времени, имеющий какой-то физический смысл. Этот интервал времени, равный 10
-
43
с, называется планковским временем, или «хрононом», ион намного короче продолжительности всех известных нам процессов, включая очень краткие процессы физики элементарных частиц (например, время существования самых короткоживущих частиц- резонансов составляет около 10
-23
с. Выше под иаграмме в логарифмическом масштабе указана длительность некоторых известных процессов, вплоть до возраста Вселенной.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

перейти в каталог файлов
связь с админом