Д.А.Тайц, к.ф.-м.н. 

Доброжелательный читатель моих заметок, подписывающийся «Ядерщик», обратил внимание на использование метафор навеянных житейской ситуацией для обозначения или прояснения результатов экспериментов и утверждений науки,  особенно если это представляется парадоксальным и даже невозможным  привычному восприятию.

Необычайное, кажущееся парадоксальным,  осваивается в начале через  привыкание,  символы, метафорические аллегории и, в лучшем случае – аналогиями,    не претендующими на научность.  (Признаюсь, мне не мешает иногда  представить   некоторые физические  процессы формами предметной  обыденности.  Такие «модели»,  конечно, предельно дурны и не имеют ничего общего с достоинством того, что именовал  «дурацким» блистательный Ричард Фейнман [1] ). «Модели»,  построенные на образах повседневности, созданные Творцами, способствовали облегчению понимания и привыкания к   парадоксальным выводам науки. Такого рода «инструмент» родился в античные времена  и работает до сих пор, например, Апории Зенона («Ахиллес и Черепаха»).

Сугубо «приземленное» наименование (например «относительность»),  отчасти шуточное, может быть присвоено не только  образу «модели», но даже  целой науке, например: «Бредовая Теория» [1].  Так создатель квантовой электродинамики Ричард Фейнман  обозвал свое творение, добавив: «Это жемчужина физики, предмет нашей величайшей гордости». Налицо «фантастическая точность предсказаний, добытая совершенно дурацкими(!) приемами вычисления» (Р.Ф.).  Базирующаяся на   «совершенно абсурдных(!) с точки зрения здравого смысла описаний природы».  И «дурак-физик» (Р.Ф. имеет ввиду себя) докладывает это с кафедры Калифорнийского Университета в 1983 году[1].  (В  работе физика слово «дурацкий» введено  в алфавитный указатель  терминов).

К физической модели присоединить это, часто упоминаемое слово  можно  в контексте описания явлений  квантово-релятивистской физики. Наша чувственность обоснована  макромиром,  субатомный мир для него в определенной степени – «потусторонний». Ньютоновская физика базируется на непосредственно воспринимаемом: сила, масса, время, расстояние… Инструмент, экспериментальный  прибор, позволяет усилить   зрительно и тактильно воспринимаемые вещи. Маятник часов это устройство, инструмент и, одновременно, модель демонстрирующая законы сохранения. Маятник Фуко – устройство, прибор в  последнюю очередь, но в первую - фантастическая модель показывающая вращение Земного Шара   относительно звезд. Каким-то неведомым  чудом,  только в процессе свободного размаха подвешенного груза, система показывает, что она отключена от навязываемого земным шаром вращения и плоскостью своего качанья «прислоняется» к усредненной «неподвижной» Вселенной. Волшебная  модель, «бесполезная» и великая. Можно условиться и определять модель «дурацкой» для того случая, когда в воображении (мысленно) или реально с ее помощью  производится корректный,  не противоречащий здравому смыслу эксперимент (классический, а куда деваться!), недвусмысленно и однозначно выявляющий не просто специфические особенности релятивистского и квантового мира,  но свойства, принципиально  противоречащие (!) самой основе классического эксперимента (этим она и «дурацкая» для классики).

Новая Наука работает с объектами, определяющими глубинную сущность воспринимаемого и утверждаемого нашим сознанием Мира. Нашему мыслящему «Я» предоставлено постигать не только  то, что мы непосредственно видим и способны ощутить, (это прекрасно работало на создание классической науки: Галилей-Ньютон-Фарадей…) и не только выявлять инструментом чистого мышления реальность, недоступную прямой чувственности,   возможно, «материнской» для  Вселенной и Разума, но - и это может быть важнее всего – принять и признать фундаментально реализм парадоксального.

Самый чувствительный Микроскоп, Телескоп, самое тонкое и дисциплинированное воображение - вещи недостаточные. Опыт рычага,  соударяющихся шаров, нити, стягивающий две точки, «алгебры счета вещей» - недостаточны.  Нужен опыт, но опыт более изощренный, хитрый, ведомый очень тонким бесконечно проникновенным и ответственным за свои указанья инструментом анализа.  Математика. Это эссенция мышления, это данная разуму усиленная способность самопроверки, предвидения, отыскания правды и   утверждения истинности. Это лестница преодоления барьеров, таран пробивающий стены  («шаги за Горизонт» Гейзенберга).  Математика в естественных науках -   своеобразный луч зрения направляющий туда, где видеть и ощущать «возможностями собственной природы человека» (Кант) немыслимо.

Галилей и Ньютон сделали физику из того, что исследователь может увидеть и «пощупать». Им не нужны модели. Хотя Люстра, которая качалась над головой Галилея или Яблоко упавшее рядом с Ньютоном можно   принять как источники  событий, принимаемых как модельные. Им не требовался сверхпроникновенный, осознанный Внимательный Наблюдатель, чтобы сделать великие выводы, давшие начала фундаментальных  открытий.      НАБЛЮДАТЕЛЬ, как осознанный прием, формирующий новаторский   стиль мышления,   внедрен в науку «неклассической» эпохи.  Наблюдатель – «интеллектуальный зонд», не скованный ограничениями  физического реализма пространственно-временных понятий мира, но, тем не менее, наделенный  реальностью сознания – мышления и беспредельной, но дисциплинирующей мощью математики.

«Наблюдатель» – оформленное понятие,  нововведение Эйнштейна. Это не только прямой или косвенный прием описание модели на квантовом или вселенском уровне, (принцип неопределенности – гравитационный коллапс), но и аргумент, и основание присвоить  моделям ту или иную степень «дурацкости».  Я полагаю, что сущностное и эвристическое наполнение понятия «Наблюдатель» дает, по крайней мере, возможность пытаться перебросить мост между «трансцендентальным единством апперцепции» и «Вещью в себе». (Нет, чтобы сказать  по-русски – «Я», Уж этот Кант! Сознаю, что обрекаю себя на посмешище). 

Обобщенный образ «Наблюдателя» в «модели», объявшей Вселенную, дал Эйнштейн, который размышлял публично на лекции: «Может ли мышь, которая смотрит на Вселенную изменить состояние Вселенной?» [3]. Еще недвусмысленней,  «принцип наблюдателя» у Шредингера оценивающего связку: время – пространство – Вселенная – существование.  «Было бы странно, если не смешно полагать, что  размышляющий сознательный разум в одиночестве отражает становление мира…, что имеет место спектакль для пустого зала . Можем ли мы определить мир, таким образом, который вообще никто не созерцает?!» [2]. Здесь «наблюдатель» вправе рассматривать себя зрителем всей вселенской драматургии. Наблюдатель не пассивный созерцатель, он «участник» создания концепции, а то и просто «лаборант» в организации эксперимента. 

«Наблюдатель» Георгия Гамова, не блестящий математик, но проникновенный мыслитель, путешественник по времени и пространству. Облетев от края и до края личную Вселенную интеллекта физика, пробившись сквозь десяток миллиардов лет к «началу», ее  немыслимого исходного состояния,  он открыл внимающему ученому, какие следы исходного прошлого можно наблюдать на окраинах Мира. (Нобелевская Премия, правда, досталась не ему). 

Эйнштейн привлек целую армию  «Наблюдателей-лаборантов» для своих забавных, исключительно эффектных, «дурацких» моделей-лабораторий - установок демонстрации релятивистских эффектов. 1. Два Наблюдателя на платформе, два в движущемся поезде  (одновременность СТО). 2. Наблюдатели – Близнецы. Один остается, другой улетает в ракете и возвращаются. («Пародокс Близнецов»). 3. Наблюдатели в свободно падающей кабине лифта.  (Кривизна пространства – времени,  ОТО). 4. Наблюдатели с мерными стержнями на вращающемся диске -  СТО, ОТО. Изумительный эффектный пример использования «Наблюдателя» привел Оксфордский математик и физик сэр Роджер Пенроуз [4]. «Наблюдатель»  констатирует события на Земле и туманности Андромеды:

«Представим себе двух людей медленно проходящих друг мимо друга на улице.  Для одного из прохожих космический флот,  отправленный с заданием уничтожить все живое на Земле уже в полете, для другого прохожего само решение относительно отправки космического флота в рейд еще не принято!».

Прием мышления – осмысления – то, что выделено в специальное, нематериальное понятие термина «наблюдатель», прежде всего, исключает физические ограничения для понятия «присутствие-пребывание». Опорные относительные понятия:   «одновременно», «всегда»  «везде»,  необходимые размышляющей  личности, переносятся на «наблюдателя», как безусловные. «Наблюдатель». Это не оформленное   (термином) свойство собственного Я, как бы смотрящего со стороны, на ход собственных размышлений.  Это Он, уже на заре рождения математики и наук, пробежав бесконечность ряда действительных натуральных чисел, показал Пифагору беспредельность простых.  Это Он,  для Эвклида, проскользнув вдоль той единственной проходящей через точку прямой, удостоверил теорему о параллельных. Это Он придумал «дурацкую», истину совершенно неисполнимой модели, заставившей Архимеда воскрикнуть: «Дайте мне точку опоры и Я…».  «Наблюдатель» посещает каждого школьника, когда тот решает задачу и погибает, когда ученик назначает себя «наблюдателем», списывая.  

Еще более выпукло и значимо для испытания приспособления сознания к той необычной и пародоксальной стороне пост-ньютоновской науки Нового Времени  предоставляет квантовая механика, а, если говорить конкретнее, осмысление ее фундаментального положения – «принципа неопределенности» Вернера Гейзенберга. Любая частица («неделимая», квант света, электрон, протон…молекула…), будучи направленной, даже поодиночке, на экран, перед которым двухщелевая диафрагма, будет формировать на экране интерференционную картину.  Это объяснить и понять в рамках законов макромира невозможно и ничего не остается, как принять за истину,  да, «дичайшая нелепость!», что каждая частица присутствует во всей Вселенной в целом в форме следа «хвоста» исчезающее малой вероятности.

Это позволило Ричарду Фейнману утверждать, что «каждая частица совершает путешествие по всей Вселенной, побывав, например, на Андромеде, прежде чем юркнуть в одну из щелей интерферометра» [5]. Такие представления, которые невозможно сформировать без участия раскованного бесконечно зоркого  Наблюдателя, сделали из  Фейнмана Нобелевского Лауреата. А человечеству дали изумительную по точности своих предсказаний «Квантовую Электродинамику», которую автор назвал  «дурацкой».

Интерферометр с двумя щелями Юнга был физическим аппаратом, пока  исследовали свет, он стал «дурацким», когда на нем стали исследовать частицы «материи»!   Из того же «сундука чудес» явился второй  квантовый переворот, влекущий за собой в полном – прямом - смысле слова концептуальную революцию с далеко идущими последствиями. [6]. В 80-90х годах прошлого века были успешно проведены эксперименты, показавшие существование нелокальной физической реальности, выражающейся в «мгновенной» связанности объектов разделенных  сколь угодно большим расстоянием (хоть миллиарды световых лет!)[7]. Установки – «модели», на которых нам это показали, не просто «дурацкие» - безумные!  Трудно удержаться, отказаться от спиритуалистической оценки нечто, постигаемого нами в природе!

Яблоко, упавшее рядом с сидящим в задумчивости Ньютоном, оказалось фундаментом «модели», на которой сэр Исаак построил систему Мироздания. Моделирование  движения Луны и планет работа его наблюдательного гения. Образ – символ –  ньютонова яблока,  его модель вошли и слились с культурой человечества и даже стали нарицательными выражениями. Согласитесь, что это Ньютоново Яблоко, готовое слететь с уст каждого, совсем не обязывает понимать невероятно сложную материю Всемирного тяготения, на которую оно намекает. Эта Модель  вошла и живет в культуре более двух веков.

Популярность «Дурацкой» модели «Кота Шредингера» в культурном обиходе, далеком от науки, не превышает полвека. Этот  «аромат» кухни    квантово-релятивистской физики (простите мне это, раз мы уж говорим о моделях), не столь аппетитен,  как яблоко, но чрезвычайно привлекателен в художественных сферах  своей «непостижимостью» и таинством невыразимого сплетения жизни со смертью (Постмодернизм!). Тем не менее, для науки модель «Кота Шредингера»  чрезвычайно поучительна хотя бы тем, что демонстрирует безвыходность там, где исключается принцип Наблюдателя. И в этом смысле она канонича.

Конечно физическая ситуация, символизируемая «Котом Шредингера» трудно представима. Одно дело словесный оксюморон вроде «живой труп», другое дело «оксюморон» исполненный вполне материально в виде установки (модели), принципиально работоспособной (её можно с легкостью исполнить!). «Наружный Наблюдатель» имеет полное основание охарактеризовать одно из возможных состояний системы как оксюморон - «живомертвое». Гораздо труднее для меня  одно из самых странных свойств квантовой теории, тем не менее, подтвержденных огромным количеством  данных. Положение частицы описывается волной вероятности, которая, не только в принципе, но и фактически «покрывает» всю Вселенную. Максимум «волновой функции», конечно, вблизи щелей двухщелевого прибора, но ее «хвосты» везде (!), что и позволило Фейнману предположить, что частица «перемещается, «рыщет» одновременно по всем возможным направлениям и траекториям, двигаясь и так и этак, заглядывая даже в туманность Андромеды» [8]. (Астрофизик Брайн Грин отмечает «феноменальную эффективность теории, хотя она звучит дико, как заявление сумасшедшего»[8]).

Мне очень трудно все это представить или отобразить какой либо более наглядной моделью, а хочется! Самое  невообразимое, предпосылка сумасшедшей (!) модели Фейнмана с ее траекториями «рыскающего» с бесконечной скоростью электрона, мгновенно покрывающими всю «Эйкумену». Впрочем, физике известны в полном смысле «сущие вещи» для которых нет «пространства – времени», например свет (фотон). Мало того, открытие нелокальной физической реальности (подтверждение ЭПР- эффекта)[6] обязывает  примериться с «фантастической», «сумасшедшей» моделью электродинамики. 

Тем не менее, сверхнаглядный, несомненный в своей убедительности  лабораторный    опыт «раздвоения» неделимой частицы (электрона…) на установке  с двумя щелями так и хочется, хотя бы чуточку, совместить с более привычными,  легче воспринимаемыми моделями. (Я не говорю о  «здравом смысле», эта категория усвоит  любую абстракцию.

Шарообразность Земли тоже вопиющий вызов «здравому» смыслу). В работе Шредингера «Разум и Материя» [2], в главе V, «Наука и Религия», (в которой я в очередной раз не смог разобраться) упомянута «Теорема Гольдбаха», «простенькое» утверждение, которое 300 лет не смогли доказать (даже Эйлер). Зачем Шреденгеру это понадобилось, какое отношение может иметь к религии Теорема:  «Каждое целое число лежит посредине (среднее) двух простых»? («Простое» - лишенное делителей, «исходное» понятие в  науке о числах). Интересно, можно ли разработать  «модель», в которой символически частице приписываются свойства составного арифметического числа так, чтобы  результат канонического «двухщелевого эксперимента» мог трактоваться, как «разъединения-соединения» его (числа) «родительских» составляющих?

Создатель Модели «Кот Шредингера» пишет:

«Природа ведет себя настолько отлично от того,   что мы наблюдаем в видимых и осязаемых телах из нашего окружения, что ни одна модель, созданная по нашим крупномасштабным экспериментам, не может быть «истинной»». [9]

Забавно, что  успешная модель тепловых процессов с «теплородом – флогистоном», столь эффективно работавшая на индустриализацию Англии в 19-м веке, была высмеяна и отброшена. Термины «теплоемкость» и «теплосодержание» сохранились как реликты. «Обе теории относительности тихонько, пока еще «про себя», посмеиваются над «рудиментарными», «путанными» раздельными понятиями времени и пространства  Ньютоновой физики. Ибо более полное  и точное описание природа Мира знает один параметр: «пространство-время» (правда, в своем наименовании сохраняющий эти два слова). И эти два слова, взятые по отдельности или слитые в одно, фундируют две совершенно разные модели умопостигаемого Мира:  классической и релятивистской Вселенной.

Литература

1. Р. Фейнман. «КЭД. Странная теория света и вещества» М. «Наука» 1988

2. Э. Шредингер. «Разум и материя». М. РХД  2000.

3. Д. Уилер. «Предвидение Эйштейна». М. «Мир» 1970.

4. Р. Пенроуз. «Новый Ум Короля». М. «УРСС» 2003.

5. Б. Грин.  «Элегантная Вселенная». М. «УРСС» 2007.

6. Н. Жизан. «Квантовая случайность» М. «АНФ» 2016.

7. Л. Аккарди. «Аккарди диалоги о квантовой механики» М. «РС» 2004.

8. Б. Грин.  «Элегантная Вселенная». М. «УРСС» 2007.

9. Э. Шредингер. «Наука и гуманизм» М. «РС» 2001.