Детерминизм или причинность: мы свободны?

Несмотря на головокружительные изменения, произошедшие в науке, свидетелем которых стал Планк, он никогда не сомневался в важности найденных универсальных постоянных, которые описывал как «неизменные кирпичи здания теоретической физики». Ученый говорил также: несмотря на развитие науки, стоит надеяться, что значение и роль этих постоянных сохранятся, а в будущем они будут вычислены с большей точностью. Его прогнозы подтвердились, к тому же в течение второй половины прошлого века в рамках ядерной физики и физики элементарных частиц к списку были добавлены новые универсальные постоянные.

Наука и религия. два способа познания бога

Планк в течение всей жизни сохранял религиозность, а в последние годы она стала еще глубже. Взгляды на религию ученый изложил в брошюре, представляющей собой печатную версию его лекции «Наука и религия», которую он прочел в мае 1937 года и которая имела значительный успех у публики. Для Планка наука и религия дополняют друг друга. Наука приближает человека к делу Господню: с помощью разума и научного опыта постепенно раскрываются законы, управляющие природой. Наивная вера невежественного человека в чудеса сегодня, когда наука раскрыла многие механизмы природы, бессмысленна, утверждает Планк.

Мораль без религии?

Атеизм, тем не менее, еще более опасен. Здесь Планк, несомненно, ассоциирует религию с моралью, для него мораль невозможна вне религии. Он пишет: «Победа атеизма не только разрушит ценнейшие сокровища нашей цивилизации, но, что еще хуже, уничтожит надежду на лучшее будущее». Различие религий не означает различия божеств, это лишь внешняя форма, которую принимают отношения человека и Бога, и она различна

так же, как различны расы и культуры. Религия — творение человека, такое же, как традиции и ритуалы, она создается и совершенствуется в ходе истории до актуального состояния. Но нельзя считать эту эволюцию символов основанием для пренебрежения к ним, потому что эти символы необходимо понимать как несовершенное и неполное отражение высшего. На фундаментальный вопрос «Существует ли Бог только в голове человека, и вся трансцендентность заканчивается со смертью?» вера — единственный возможный ответ.

Место науки

Планк задается вопросом: совместима ли вера с наукой? И дает четкий ответ: да, совместима. Планк утверждает, что в задачи религии и науки входит одно и то же: познание высшей сущности. Свое рассуждение ученый заканчивает словами: «Религия и наука ведут совместный и непрекращающийся бой, вечный крестовый поход против скептицизма и догматизма, против неверия и суеверия».

Для позитивистов — современников Планка эти константы не были универсальными, они представляли собой творение человека. Нет ничего невероятного в том, что они выполняются в разных условиях, так как именно человек их воспринимает, адаптирует для их соблюдения предметы и явления. Планк придерживался противоположной точки зрения, он утверждал, что наука основывается на фундаментальной предпосылке: существует не зависящий от нас реальный мир.

Основываясь на этой предпосылке, Планк в 1930-40-х годах посвятил серию бесед и сочинений глубинному анализу философских основ науки. В те годы квантовая механика, принцип неопределенности Гейзенберга и следующая из него вероятностная интерпретация реальности поставили под сомнение детерминизм, священный для классической физики. Планк, как и Эйнштейн, оказался среди тех, кто полагал, что такой подход ошибочен и должна появиться новая, более совершенная версия квантовой теории, восстанавливающая детерминизм.

Защита детерминизма сталкивается с проблемой свободы воли. Эта проблема имеет глубокие моральные аспекты, и такого религиозного человека, каким был Планк, она не могла не волновать.

Я твердо уверен, как и большинство физиков, что квантовая гипотеза в конце концов придет к своему четкому выражению в виде уравнений, которые дадут более точную формулировку закона причинности.

Макс Планк, «Куда идет наука»

Принцип причинности устанавливает, что все происходящее имеет причину и следствие. Тем, кто верит в справедливость этого принципа, противостоят индетерминисты, считающие, что в природе не существует истинной причинности. Если два события происходят в строгой последовательности (например, мы дотрагиваемся до клавиши фортепиано и слышим его звук), это не означает, что одно из них является причиной другого, мы можем лишь констатировать, что эти два события происходят. Индетерминист соглашается с тем, что два события произошли одно за другим столько раз, сколько он это видел. Такая критика причинности, имеющая более завершенный вид в работах Дэвида Юма, избегает говорить о причинах и предпочитает рассуждать о вероятностях. Звучит странно, но эти эмпирические теории, приведенные к своим окончательным следствиям, сложно опровергнуть. Защита принципа причинности у Планка строится на том, что без этого принципа невозможно двигаться вперед в научном исследовании. Вариативность и важность результатов причинности составляют для Планка основу любого исследования.

Для объяснения практических проявлений детерминизма Планк разделил чувственный мир на внешний, доступный нам через чувства, и его физический образ, сформированный на основе описывающих его математических теорий и понятий. Для того чтобы прогнозировать событие в будущем, нужно перенести измерения из чувственного мира в его физический образ, произвести расчеты в физическом образе и вернуться в чувственный мир. Если речь идет о солнечном затмении, то сначала нам необходимо измерить положение Луны и Солнца в заданный момент, рассчитать их траектории и дать прогноз о том, когда совпадут их видимые положения в небе. Неопределенность возникает при переходе из чувственного мира в его физический образ и обратно, потому что эти операции не могут осуществляться с абсолютной точностью. Например, мы измеряем положение Луны с точностью, зависящей от инструмента наблюдения. То же самое можно сказать — и Планк действительно приводит такие примеры — о высоте башни, периоде колебаний маятника, свете лампочки.

Подбрасывая шестигранный кубик, мы говорим, что вероятность выпадения одной из шести граней равна одному к шести. Как правило, результат мы считаем случайным. Но если бы мы могли с точностью определить положение и начальную скорость кубика, его ориентацию в момент подкидывания, характеристики вещества, из которого сделаны кубик и стол, то мы могли бы точно предсказать и результат падения, поскольку кубик следует классическому детерминизму.

Для объяснения глубокого смысла детерминизма Планк выбрал кинетическую теорию теплоты. Она основывается на понятии энтропии, макроскопической величины, тесно связанной с вероятностью различных механических состояний специфической системы. Системы стремятся к наибольшей энтропии, к равновесию, потому что это наиболее вероятностные состояния. Видимый мир кажется неопределенным и случайным. Но если мы взглянем на микроскопический мир, то увидим, что молекулы сталкиваются друг с другом, следуя абсолютно детерминистским законам механики. Так, для изучения изменения энтропии заданной системы вычисляется среднее статистическое значение из каждого отдельного столкновения. Планк делает вывод о том, что макроскопические величины являются средними статистическими значениями и могут быть подвержены случайным флуктуациям, но если мы рассмотрим ситуацию детально на микроскопическом уровне, то обнаружим, что поведение любой системы — результат действия детерминистских законов.

А что же с квантовой механикой? Когда Планк в 1933 году писал о причинности в серии эссе «Куда идет наука», квантовая механика была практически сформирована. Часть принятой доктрины составляли принцип неопределенности Гейзенберга и вероятностная интерпретация волновой функции Шрёдингера. Согласно этим двум принципам мы не можем с точностью определить, где находится электрон, но можем рассчитать вероятность его пребывания в определенном месте в данный момент. Планк принял это положение вещей как прогресс в развитии квантовой доктрины, но, как Эйнштейн или Шрё- дингер, считал, что последнее слово еще не сказано.

В конечном счете Планк твердо верил в закон причинности и следующий из него детерминизм в отношении физических принципов. Но что можно сказать о человеке? Ученый полагал, что принцип причинности совместим с понятием свободы воли. Для того чтобы уяснить это кажущееся противоречие, нужно провести различие между человеком-объектом и человеком-субъектом: между «другим» и «самим». Когда психолог изучает людей, он считает, что их поведение основано на законе причинности, что их поступки следуют по цепи причинности, что каждый поступок человека имеет причину. Глубокое исследование личности позволяет предсказать ее поведение. Планк отмечал, что если бы поведение людей было непредсказуемым, мир погрузился бы в хаос, потому что мы никогда не знали бы, как себя вести и к чему готовиться.

Однако положение вещей меняется, когда мы наблюдаем сами за собой, потому что объект не может быть одновременно субъектом, глаз не может видеть сам себя. Мы можем изучить цепи причинности, которые привели к тому, что мы приняли то или иное решение в прошлом, но не можем предсказать сами себя в момент принятия решений, потому что сами являемся частью условий, определяющих наше будущее. Предсказать самих себя логически невозможно: по словам Планка, это сравнимо с тем, чтобы представить квадратный круг. Наше поведение свободно, решения принимаем мы сами в каждый момент времени. Наука вынуждена уступить дорогу морали.

Что мы можем сказать об этом с высоты прошедших лет? Относительно квантовой механики следует отметить, что вероятностность не потеряла своей фундаментальной роли, и детерминистская теория, о которой мечтали Эйнштейн, Шрёдингер и Планк, так и не появилась на свет. Момент распада радиоактивного ядра невозможно предсказать. Мы можем рассчитать вероятность того, что это произойдет в тот или иной момент; можем рассчитать с абсолютной точностью среднюю величину атомов, распадающихся в секунду у заданного образца; естественно, можем определить, какие изотопы элемента нестабильны и рано или поздно распадутся, а какие стабильны. Но мы не можем с точностью предсказать, в какой момент произойдет сам факт распада. Эта ситуация отличается от примера с кубиком; случайность имеет существенный характер и является частью природы вещей. Достижения техники последних десятилетий никак не опровергли, а напротив, принесли новые доказательства этого утверждения. Практически ситуация аналогична теории о теплоте. Мы наблюдаем поведение не одного, а триллионов атомов, поэтому средние значения очень точны. Именно поэтому прогнозы квантовой механики, как это ни парадоксально, являются самыми точными в науке.

Другая произошедшая революция связана с тем, что индетерминизм стал обнаруживаться в физических законах повсеместно. В конце 1960-х американский метеоролог Эдвард Лоренц сделал вывод, что незначительные изменения начальных условий упрощенной системы атмосферной конвекции воздуха могут иметь различные последствия. Этот вывод получил название эффекта бабочки. Научное понятие, соответствующее поэтическому эффекту бабочки, — детерминированный хаос. Этот термин зачастую неправильно интерпретируется: по большому счету торнадо происходят в определенных регионах планеты при определенных атмосферных условиях. На Аляске не бывает муссонов, а в Мадриде не бывает ураганов.

Своей фразой Лоренц хотел показать: конкретное поведение атмосферы в конкретный день и в конкретном месте сильно зависит от начальных условий, и следствием их незначительного изменения может стать то, что торнадо придет в другой день, а не сегодня.

Взмах крыльев бабочки в Бразилии вызовет торнадо в штате Техас.

Эдвард Лоренц, объяснение эффекта бабочки

В принципе, можно подумать, что детерминированный хаос недалек от примера с подбрасываемым кубиком. В конце концов, движение кубика тоже чувствительно к начальным условиям, и если мы подбросим кубик чуть сильнее или чуть выше, то получим совсем другой результат. Но у кубика есть много свойств, которые мы не можем контролировать: потертость одной из граней, небольшие скосы поверхностей, неровности стола и так далее. То, что описал Лоренц, представляет собой систему с тремя переменными, поведение которой непредсказуемо. Сегодня известно много примеров, аналогичных примеру Лоренца, их изучение привело к появлению таких математических структур, как фрактал и странный аттрактор. Любопытно, что в результате всего этого непредсказуемость проникла в недра классической механики, то есть в наш повседневный мир. В данном конкретном случае физика идет в противоположном направлении по отношению к тому, что ожидал Планк. Но из этого не стоит делать слишком радикальных выводов. С тех пор как был принят принцип неопределенности, благодаря более глубокому пониманию динамики физических систем, развитию информатики и, конечно, более совершенной сети наблюдения метеорологический прогноз является более точным, чем когда-либо.

Что касается социальных наук, то можно сказать, что их путь противоположен пути, пройденному физикой. Принцип причинности остается фундаментальным для ученых, исследующих общество и человека. Когда статистическая аномалия повторяется или ее значение велико, необходимо искать ее причину. Этот подход позволил получить новые лекарства, определить факторы риска того или иного заболевания иногда для целых народов. Появляется все больше исследований, соотносящих поведение человека с генетическим наследством, социальными или экономическими условиями, семьей. Все это довольно сложно, но можно сказать, что конечная цель предполагает обнаружение причин всего, что с нами происходит. Вопросы о свободе воли, волновавшие Планка, не теряют актуальности: являемся ли мы в конечном счете «бездушными автоматами в железных рамках закона причинности»? Есть ли в цепи причинности природных явлений место для свободного и ответственного волеизъявления индивидуума?

Эксперименты со свободой воли

В известном эксперименте нейрофизиолог Бенджамин Либет (1916- 2007) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско сделал энцефалограмму добровольца в тот момент, когда просил его совершить какую- нибудь простую манипуляцию, например нажать кнопку, когда он сам этого захочет. Либет и его команда обнаружили, что нейронный сигнал моторной коры, дававшей приказ о движении руки, предшествовал осознанию добровольцем принятия решения. Другими словами, решение совершить движение рукой принималось бессознательно, и только потом приходило понимание того, что решение принято. Эксперимент Либета варьировался с использованием разной техники, менялись начальные условия: нужно было сделать движение рукой, выбрать один из двух схожих объектов, найти взглядом объект на экране. Ученые пришли к предварительному выводу: свобода воли — иллюзия, самообман, который заставляет нас думать, что мы делаем сознательный выбор, когда на самом деле все определено на уровне бессознательных процессов.

Когда Планк писал о проблеме свободы воли, это был скорее философский вопрос, о котором можно было рассуждать. Сегодня эта проблема начинает перемещаться в сферу научного исследования и становится его объектом. Когда мы говорим «объект научного исследования», то имеем в виду, что формулируются гипотезы, которые проверяются в ходе контролируемых лабораторных опытов. Некоторые нейрофизиологические исследования указывают на то, что свободы воли не существует или что это не более чем иллюзия. Эта точка зрения предполагает, что человек — очень сложный вид автоматов, но, увы, автоматов. Однако учитывая, что хаотические флуктуации в физику и химию нейронной деятельности привносят самые разные элементы и что сама детерминистская динамика может быть хаотичной, наше поведение и наши решения можно считать предопределенными лишь с трудом. Получается, что и человек несвободен, и предопределения нет.

Вряд ли эти выводы порадовали бы Планка. Путь, пройденный физикой от классического детерминизма к современному индетерминизму, имеет оборотную сторону медали в виде прогрессирующего детерминизма в биологии и психологии. Возможно, в будущем мы увидим объединение этих двух тенденций. Без сомнения, ближайшие годы принесут нам новые важные открытия в этой области.