Физики, философы, энтузиасты и сценаристы Marvel любят представлять себе так называемый квантовый мир или квантовую вселенную. Это место должно представлять собой гипотетические переживания человека, который был миниатюризирован до субатомных масштабов. Хотя вопросы вроде “Каково это – быть запутанным?” или “Каково почувствовать себя в суперпозиции?” звучат смешно, наука не предусматривает существования осязаемого мира, в который можно войти, чтобы его исследовать и ответить на эти вопросы. На это есть две причины. Одна из них очевидна, а вторая гораздо более сложная.
Содержание
Дорогая, я уменьшил аспиранта
Концепция уменьшения человека, изображенная в различных научно-фантастических сценариях, сталкивается с многочисленными научными, биологическими и физическими барьерами.
Рассмотрим закон квадрата-куба. Если вы уменьшаете что-то в объеме в 1000 раз, то площадь поверхности уменьшается только в 100 раз. Хотя в кино утверждается, что это должно обеспечить сверхчеловеческую силу, скорее всего, это просто остановит все клеточные функции и биохимические реакции в организме.
Работа наших легких основана на диффузии кислорода через мембраны в кровь. Если бы наши легкие уменьшились, количество кислорода, которое они могут принять, резко сократилось бы, что привело бы к недостаточному снабжению организма кислородом.
Мозг невероятно сложен, в нем около 100 миллиардов нейронов, соединенных в очень специфическую схему. Уменьшить его, сохранив функциональность, просто невозможно, так как изменение размера и расстояния между нейронами кардинально меняет процесс обработки информации в мозге. Даже если бы удалось сохранить некоторые функции, вы перестали бы быть собой, поскольку ваш мозг кодирует информацию в своих конкретных физических формах.
И, конечно, существует еще бесчисленное множество проблем, связанных с этим гипотетическим сценарием. В сущности, хотя в фильмах и книгах концепция уменьшения человека в размерах предлагает занимательные эскапады, реальность связана законами физики, биологии и химии, которые не допускают таких изменений без катастрофических последствий. Наши тела и вся остальная материя состоят из атомов. Уменьшение пространства между атомами в нашем теле сильно изменит химию работы нашего организма, если он вообще останется организмом.
Хотя, понятно, что для того, чтобы наслаждаться научной фантастикой, нужно отстраниться от неверия, многие по-прежнему с удовольствием спорят о фактической корректности изображаемой науки. Чаще всего вопросы носят частично контрфактический характер, когда нарушаются только некоторые законы физики, а мы должны рассмотреть последствия для оставшихся. Пример: хотя размер атомов фиксирован законами физики, которые не оставляют возможности для их уменьшения, мы можем просто притвориться, что это возможно, и спросить: “А что, если?”
Тогда проблема будет заключаться в нарушении наших самых фундаментальных законов. Если все физические законы и другие научные законы, которые из них вытекают, следуют из одного и того же фундамента, а вы решили его разрушить, тогда возможно всё. В этом случае совершенно неважно, какие правила следует соблюдать, поскольку все они будут нарушены. Это не аргумент против научной фантастики – это просто аргумент в пользу того, что таким образом ничего нельзя узнать о квантовой физике.
Если не вниз, то вверх
Давайте проигнорируем биологию и зададимся более абстрактным вопросом: предположим, что некая сознательная сущность могла бы воспринимать мир на атомном уровне, на что бы это было похоже?
Исследование опыта сознания, особенно того, что находится за пределами нашего повседневного восприятия, не ограничивается физикой. Философы тоже глубоко изучили вопрос о субъективном восприятии, отличном от нашего собственного. Томас Нагель, выдающийся философ, поднял эту тему в своем эссе 1974 года “Каково это – быть летучей мышью?”. Нагель утверждал, что даже если мы сможем описать биологические процессы и поведение летучей мыши, мы никогда не сможем по-настоящему узнать, каково это – быть летучей мышью, потому что ее опыт в корне отличается от нашего собственного. Современный популяризатор исследований сознания Анил Сет повторил эту мысль на примере осьминога – с его миллиардом нейронов, не ограниченных центральным мозгом, осьминог, вероятно, обладает опытом, несравнимым с нашим собственным.
Наше сознание глубоко связано с нашими ощущениями. Зрение, осязание, обоняние, вкус и слух – краеугольные камни нашего понимания окружающего мира. Эти органы чувств – наши мутные окна в реальность, дающие нам несовершенное, но богатое представление об окружающей среде. Как эти чувства будут работать в атомном масштабе? По правде говоря, никак. В таком мельчайшем масштабе понятия зрения, осязания и других органов чувств, как мы их понимаем, становятся неактуальными.
На атомном уровне взаимодействие регулируется непосредственно четырьмя фундаментальными силами природы. Нет слуха, потому что звук требует среды (например, воздуха или воды) для передачи волн давления. Нет осязания в том смысле, в каком мы его ощущаем, поскольку атомы никогда по-настоящему не “касаются” друг друга. Мы ничего не сможем увидеть, потому что свет способен преодолевать расстояния, сравнимые с длиной его волны. Он не сможет “увидеть” атомы так, как мы любим изображать их на картинках, например. Вкус и запах, основанные на химических реакциях и взаимодействии молекул с рецепторами в нашем теле, тоже не имеют параллелей на атомном уровне.
Таким образом, если бы сознательная сущность существовала на атомном уровне, ее “опыт” радикально отличался бы от всего, что мы можем себе представить, в нем доминировал бы мир прямых взаимодействий с фундаментальными силами, опосредованных квантовыми вероятностями. Это возвращает нас к недоуменному вопросу: на что это будет похоже? Как и в случае с летучими мышами Нагеля и осьминогами Сета, это вопрос, на который, скорее всего нет ответа. Мы можем экстраполировать, выдвигать гипотезы и философствовать, но реальный опыт будет настолько чуждым и отличным от нашего человеческого сознания, что мы не сможем даже представить ответ на главный вопрос.
В чем же заключается вопрос?
Все эти игры разума в конечном итоге призваны помочь нам понять квантовую физику. В каком-то смысле так оно и есть..
Представьте себе плоского червя – существо, которое часто можно встретить в темноте. На самом деле, если вы поместите его в чашку Петри, которая частично освещена, вы, скорее всего, обнаружите его на теневой стороне. Хотя мы можем делать предсказания о том, где и при каких условиях мы его найдем, нам всегда хочется знать четкий причинно-следственный механизм – “почему”. Допустим, мы предположим, что плоские черви могут двигаться быстрее и чаще менять направление под воздействием света.
Это “объясняет”, почему их обычно находят в темноте. Если бы мы провели эксперимент и подтвердили эту гипотезу, это дало бы четкое обоснование их поведению в предыдущих экспериментах. Но обратите внимание: результаты отдельных экспериментов должны быть напрямую связаны друг с другом и иметь четкую причинно-следственную связь. По сути, мы проводим линию между отдельными точками, надеясь, что они сложатся в четкую картину.
Наша карта мира построена на бесчисленных подобных предположениях и связях. Эта запутанная сеть формирует фундамент нашего понимания мира, придавая нашему восприятию связность и предсказуемость. Мы, как люди, обладаем врожденным стремлением выявлять закономерности, создавать ассоциации и предсказывать результаты – это черта выживания, отточенная тысячелетиями. Это стремление к ясности, к аккуратным линиям, соединяющим точки, настолько глубоко заложено в нас, что часто воспринимается как нечто само собой разумеющееся. Тем не менее оно является краеугольным камнем в формировании нашего понимания реальности. Оно формирует наши мысли, влияет на наши решения и в значительной степени определяет наши отношения с окружающим миром. Это стремление является тем каркасом, на котором мы строим свою реальность, и линзой, через которую мы ее интерпретируем.
Квантовая физика, однако, вносит разлад в такой элегантный механизм. Результаты, которые мы наблюдаем, и интерпретации, которые мы получаем, напрямую зависят от вопросов, которые мы задаем, и от замысла наших экспериментов. За тем, что наблюдается в атомном масштабе, не стоит никаких причинно-следственных механизмов. Действительно, сами концепции, которые мы хотим рассмотреть, формируются вопросами, которые мы задаем, и они не обязательно должны быть связаны с ответами на альтернативные вопросы. Точки не соединяются, и сеть, определяющая наше восприятие реальности, распадается.
Квантовая физика бросает вызов нашему врожденному стремлению к стабильному, единому представлению реальности. Квантовый мир, как мы хотели бы его определить, на самом деле не существует в каком-либо неизменном смысле. Если бы вы попытались создать его карту, то каждая новая порция информации не столько дополняла бы ее, сколько стирала и изменяла другие ее части. Вместо киношного квантового микромира, который вы можете посетить и открыть для себя, это недоступное царство. Тем не менее, это место, где можно задавать вопросы – туманное, изменчивое место, где ответы определяются только после того, как вопросы заданы.
Читайте также: Анализ квантовой иллюзии: развенчание эффекта Чеширского кота