Беседы об информатике

Следуя В. Гейзенбергу, замкнутая теория справедлива на все времена. Везде и всегда, в сколь угодно далеком будущем, если только опытные данные могут быть описаны в понятиях этой теории, ее законы окажутся правильными. Для ньютоновской физики исходными понятиями являются понятия массы, силы и ускорения. Соответственно для учения о теплоте, то есть термодинамики, исходными понятиями служат объем, давление, температура, энергия и энтропия.

Переход от одной замкнутой теории к другой, считает В. Гейзенберг, требует полного изменения структуры мышления тех, кто занимается развитием этих теорий. В частности, он отмечает, что даже А. Эйнштейн до конца своей жизни так и не смог признать правомерность вероятностных описаний и понятий, используемых в современной физике.

«Эйнштейн не хотел отвести столь принципиальную роль теории, имеющей статистический характер. Считая ее лучшим при данном состоянии знаний описанием атомных явлений, он все же не был готов принять ее в качестве окончательной формулировки законов природы. Фраза „но не думаете же вы, что Бог играет в кости“ вновь и вновь произносилась им почти как упрек. По существу, различия между нашими двумя подходами лежали еще глубже. Эйнштейн в своих моделях физики всегда исходил из представления об объективном, существующем в пространстве и времени мире, который мы в качестве физиков наблюдаем, так сказать, лишь извне и движение которого определяется законами природы. В квантовой теории подобная идеализация уже невозможна; устанавливаемые ею законы природы говорят о временных изменениях возможного и вероятного; но условия, определяющие переход от возможности к факту, здесь не поддаются предсказанию: их можно зарегистрировать лишь статистически».

Ни в коей мере не претендуя на то, чтобы вмешаться в спор великих, мы позволим себе высказать собственное мнение и то лишь потому, что оно имеет непосредственное отношение к содержанию нашей книги. Речь пойдет вот о чем.

Описать некоторую физическую систему — что это означает с точки зрения ньютоновской физики? Это значит получить возможность для любого момента времени знать координаты и скорости составляющих систему компонентов. Говоря о координатах и скоростях, мы предполагаем существование не зависящих от описываемой системы пространства и времени. Согласно И. Ньютону, пространство (отсюда — координаты) и время есть та арена, на которой разыгрываются события во Вселенной.

Основным вкладом В. Гейзенберга в квантовую физику является его знаменитое соотношение неопределенностей, согласно которому мы не можем знать одновременно и точно и координаты и скорость объекта. В тех случаях, когда мы не можем знать что-то точно, современная наука предлагает нам единственный способ: описывать это «что-то» в терминах вероятностей. Попробуем рассуждать, следуя В. Гейзенбергу.

Согласно современным воззрениям (а это и есть та самая структура мышления, о которой говорит В. Гейзенберг) пространство и время не существуют независимо от материи. Наоборот, материальные объекты порождают пространство и время. Там, где нет материи, нет ни времени, ни пространства. Вот и получается заколдованный круг. Мы пытаемся описать поведение материальных объектов через то, что они порождают, что зависит от них самих.

Вместе с тем современная физика располагает рядом величин, таких, как электрический заряд, спин, лептонный заряд и тому подобное, которые могут быть известны совершенно точно и, следовательно, не требуют привлечения вероятностных подходов. Может быть, имеет смысл отказаться, естественно, там, где это существенно, от описания поведения объекта в терминах координат и скоростей?

Мы ни в коей мере не претендуем на высказывание каких-то советов физикам, и все сказанное имеет для нас отношение лишь к реальным возможностям получения информации о физических системах.

Существует ли камень?

Несколько слов о термодинамике — еще одной замкнутой, согласно классификации Гейзенберга, науке. Объектами изучения термодинамики являются системы, состоящие из очень большого числа компонентов: молекул или атомов. Мы уже говорили, что практически все законы термодинамики выводятся из двух основных: закона сохранения энергии и закона неубывания энтропии. Примечательнее всего то, что как при формулировке основных законов, так и при дальнейших выводах свойства самих компонентов системы, в данном случае молекул или атомов, практически не используются. Что требуется от молекул для того, чтобы состоящая из них система подчинялась законам термодинамики? Обладать некоторым запасом кинетической энергии и обмениваться этим запасом с другими молекулами в актах взаимодействия при условии, что сумма энергий всех молекул остается постоянной. Последнее условие и есть упомянутое условие того, чтобы система была замкнутой, то есть не обменивалась энергией с другими системами.