Стивен Хокинг - Великий замысел

• Название: Великий замысел
• Автор: Стивен Хокинг
• Жанр: Физика
• Год: 2010
• ISBN: 9780553805376

Все мы существуем лишь непродолжительный период времени и на его протяжении способны исследовать лишь небольшую часть мироздания. Но люди — существа любопытные. Мы задаемся вопросами, мы ищем на них ответы. Живя в этом огромном мире, который бывает то добрым, то жестоким, и вглядываясь в бесконечное небо, люди постоянно задаются множеством вопросов: Как мы можем понять мир, в котором оказались? Как ведёт себя Вселенная? Какова природа реальности? Откуда всё это возникло? Нуждалась ли Вселенная в создателе? Многие из нас не тратят много времени на эти вопросы, но почти все из нас когда-либо об этом задумывались.

Один из самых известных ученых нашего времени — Стивен Хокинг написал книгу, продолжающую тему, начатую в его предыдущих книгах. Хокинг ставит вопросы, на которые потом отвечает, прибегая к помощи последних достижений в области науки — Что положило начало существованию? Почему мы существуем? Почему законы физики именно такие, как они есть? Можем ли мы ответить на все эти вопросы, не прибегая к помощи «божественной интервенции»?

---

В то время, когда впервые был предложен научный детерминизм, законы Ньютона о движении и гравитации были единственными законами. Мы показали, как эти законы были дополнены Эйнштейном в своей общей теории относительности, и как были открыты другие законы, описывающие другие аспекты мироздания.

Законы естества объясняют нам, как Вселенная развивается, но они не могут ответить на вопрос: почему именно так? Вот вопросы, которые были поставлены в начале этой книги:

Почему нечто лучше, чем ничего?

Почему мы существуем?

Почему существует именно этот набор законов, а не другой?

Некоторые ответят на эти вопросы, что существует Бог, который решил создать мироздание именно таким. Резонно спросить, кто или что создало Вселенную, но если ответом будет — Бог, тогда естественно возникает вопрос, а кто создал Бога? Если принять ту точку зрения, то есть некоторая сущность, которая не нуждается в создателе, и эта сущность называется Богом. Это приводится, как главный аргумент того, что Бог существует. Мы хотим, однако, получить ответ на этот вопрос исключительно внутри сферы науки, без привлечения божественных сил.

В соответствие с идеей модельно-зависимого реализма, представленного в Главе 3, наш мозг интерпретирует поступающую через наши органы чувств информацию, создавая модель внешнего мира. Мы формируем внутреннее представление о нашем доме, деревьях, других людях, электричестве в розетках, атомах, молекулах и других сущностях. Это внутреннее представление является единственной реальностью, которую мы можем понимать. Не существует модельно независимого подтверждения реальности. Из этого следует, что хорошо сконструированная модель создает свою собственную реальность. Примером того, что может помочь нам понять о реальности и создании, является Игра Жизни, изобретенная в 1970 году молодым математиком из Кембриджа по имени Джон Конвей.

Слово «игра» в Игре Жизни является обманчивым термином. Там нет ни победителей ни проигравших, фактически, там нет игроков. Игра Жизни — не настоящая игра, а набор законов, которые управляют двумерной Вселенной. Это детерминированная Вселенная: Единожды вы устанавливаете начальную конфигурацию или условия, а законы помогут точно определить, что произойдет в будущем.

Воображаемый мир Конвея является квадратной матрицей, по типу шахматной доски, но простирающейся по всем сторонам бесконечно. Каждая клетка может находиться в одном из двух состояний. Живая (зеленый цвет) или мертвая (черный). Каждая клетка имеет восемь соседних клеток: сверху, снизу, слева, справа и четыре клетки по диагонали. Время в этом «мире» не непрерывное, а дискретное. Дается некоторое начальное расположение мертвых и живых клеток, число живых соседних клеток определяет, что произойдет дальше в соответствие со следующими законами:

1. Живая клетка, рядом с которой находятся две или три живые клетки выживает.

2. Мертвая клетка, имеющая ровно три живых соседа, становится живой клеткой (рождается).

3. Во всех других случаях клетки либо умирают, либо остаются мертвыми. В случае, если живая клетка имеет ноль или одного живого соседа, считается, что она умерла от одиночества; если же она имеет более трех живых соседей, то считается, что она умерла от перенаселения.

Это все правила, приступим. Дается начальное условие, и законы начинают порождать поколение за поколением. Изолированные одна живая клетка или две соседние живые клетки умирают при следующем дискретном шаге времени, поскольку они не имею достаточное количество живых соседей. Три живые клетки, расположенные по диагонали живут чуть дольше. После первого временного шага умирают конечные клетки, на следующем шаге умирает уже средняя клетка. Любая диагональная линия живых клеток «испаряется» таким вот образом. Но если три живых клетки располагаются горизонтально в ряд, снова центральная клетка имеет двух соседей и выживает, а две конечные — умирают, но в этом случае клетки, находящиеся выше и ниже центральной рождаются согласно закону. Поэтому ряд превращается в колонку. Аналогично, при следующем шаге колонка превращается в ряд и так далее. Такая колеблющаяся конфигурация называется «реле».

Если три живые клетки расположены углом (в форме L), происходит следующее. При следующем шаге рождается недостающая до квадрата 2х2 клетка и получается квадрат. Блок, принадлежащий к такому типу названному «образцом», продолжает жить, потому что он с течением времени будет неизменным. Многие типы «образцов» являются трансформерами, поскольку их соседние клетки то умирают, то рождаются, и в итоге через некоторое количество шагов «образец» принимает свою первоначальную форму.

Существует так же модель, названная «глиссером», которая меняет свою форму и после нескольких трансформаций принимает свою первоначальную форму, но в позиции, смещенной относительно первоначальной на одну клетку по диагонали. Если вы понаблюдаете некоторое время, то «глиссер» будет медленно ползти по диагонали. Когда «глиссеры» сталкиваются, могут произойти любопытные вещи, в зависимости от формы каждого «глиссера» на момент столкновения.

Почему нам интересен этот виртуальный мир? Хотя его фундаментальная «физика» очень проста, его «химия» может быть довольно сложна. Композитные объекты можно рассматривать с разных уровней. На первом уровне фундаментальная физика сообщает нам, что существуют только живые и мертвые клетки. На следующем уровне существуют «глиссеры», «реле» и «образцы». На следующем уровне существуют даже более сложные объекты, такие как «производитель глиссеров»: Неподвижные объекты, которые периодически порождают новые «глиссеры», которые покидают свое «гнездо» и устремляются вниз по диагонали.

Если вы понаблюдаете за виртуальным миром Игры Жизни на некотором уровне, вы сможете сформулировать законы, по которым ведут себя объекты на этом уровне. Например, на этом уровне объектов вы можете открыть законы такие, как «Блоки никогда не двигаются», «Глиссеры перемещаются по диагонали» и различные законы для того случая, когда объекты сталкиваются. Можно создать целостную физику для любого уровня композитных объектов. Эти законы повлекут за собой новые сущности и концепции, которых не было среди первоначальных законов. Например, в первоначальных законах не было таких понятий, как «столкновение» и «движение». Первоначальные законы описывали только жизнь и смерть отдельных неподвижных клеток. В нашем виртуальном мире, в Игре Жизни, ваша реальность зависит от модели, которую вы используете.

Конвей и его студенты создали этот мир, потому что они хотели узнать, может ли некий виртуальный мир (с начальными простыми законами, которые они установили), содержать достаточно сложные объекты, способные к воспроизводству. В этом мире Игры Жизни существуют ли композитные объекты, которые на основе первоначальных законов на некоторой стадии начнут воспроизводить новые объекты? Конвей и его студенты не только продемонстрировали, что это возможно, но они даже показали, что такой объект является, в некотором смысле, разумным! Что мы подразумеваем под этим? Если точнее, то они показали, что огромная конгломерация клеток, которые самовоспроизводятся, является универсальной Тьюринговой машиной. Для нас это может означать, что некоторые вычисления компьютер в нашем физическом мире может, в принципе, выполнить, если ему предоставить четкие входные данные — обеспечить соответствующую виртуальному миру Игры Жизни среду — тогда через некоторое время компьютерный мир будет находиться в том состоянии, которое можно сравнить с предсказанными результатами компьютерного расчета.

Чтобы почувствовать, как это работает, подумайте, что произойдет, когда «глиссер» сталкивается с простым 2x2 блоком живых клеток. Если «глиссеры» приближаются нормальным образом, то блок, который является стационарным, начнет двигаться к источнику «глиссера», либо от него. Таким образом, блок может имитировать компьютерную память. Фактически, все основные функции современного компьютера, такие как логические элементы AND и OR, также могут быть воспроизведены «глиссерами». Таким образом, как электрические сигналы используются в физических компьютерах, поток «глиссеров» может использоваться для посылки и обработки информации.

В Игре Жизни, как и в нашем мире, самовоспроизводящиеся объекты являются сложными объектами. По оценке, основанной на ранних работах математика Джона фон Неймана, минимальный размер самовоспроизводящегося объекта в Игре Жизни — десять триллионов клеток — приблизительно равно количеству молекул в одной человеческой клетке.