В древнегреческих мифах существовало предание о трех сёстрах-мойрах: младшая из сестёр Клото плела нити на веретене, средняя сестра Лахесис случайным образом переплетала их друг с другом, а старшая Атропос в какой-то момент перерезала. Эти нити символизировали человеческие жизни - рождение, переплетение с жизнями других людей и смерть, а сами мойры являлись олицетворением рока, чьей неумолимой силе подчинялся даже сам всемогущий Зевс, и символизировали предопределенность и неотвратимость судьбы. И хотя древнегреческие мифы остались в далеком прошлом, вопрос, поставленный легендами о мойрах, актуален и поныне. Философы и физики до сих пор пытаются понять, является ли наш мир строго детерминированным и наше будущее предопределенным или же нет. За всю историю этот вопрос рассматривался в нескольких аспектах: изначально исключительно в религиозном, после в этическом, а в итоге в строго научном.
Фатализм и свобода воли
Поговорим сначала проблеме в её религиозном аспекте - противостоянии фатализма и свободы воли. Христианские, исламские и иудейские богословы на протяжении долгих веков вели ожесточенные споры существовании у человека свободы воли, ведь именно она являлась главным внутренним противоречием этих религий. Приводящая к парадоксу цепочка рассуждений такова: если Бог создал мир, как огромный часовой механизм, и заставил работать его согласно закону причин и следствий, то это значит что все действия всех без исключения людей заранее предопределены, и плохой человек стал плохим только потому что так сложились обстоятельства - в таком случае как может Бог судить душу этого человека на Страшном Суде, если у человека даже не было выбора не быть плохим и его судьба была предписана? В ответ на это некоторые богословы говорили о неисповедимости путей Господних, другие же предполагали, что Бог даровал людям свободу воли, то есть свободу решать как поступить независимо от обстоятельств. Правда, наличие у человека свободы воли противоречило другому постулату авраамических религий - Божьему всеведению, ведь если человек обладает свободой решать, как поступить в той или иной ситуации, Бог не может знать грядущее наперед.
Очевидно, что эта проблема возникает исключительно из-за логической противоречивости самого постулата о всеведении Бога и смешивании в его образе метафизической роли Творца и исключительно религиозной роли Судьи. Поэтому религиозный спор о фатализме и свободе воли в современном мире представляет скорее исторический интерес, но зато он подводит нас к более актуальному аспекту проблемы - юридически-этическому.
Вина и невменяемость
Суть этого аспекта проблемы заключается в этичности осуждения преступников. Представим, что полиция ловит Ивана Иванова и все улики указывают на то, что именно он угнал автомобиль Пети Петрова. С прагматической точки зрения Иван Иванов должен понести наказание и сесть в тюрьму. Но с этической точки зрения всё не так просто.
Предположим, мы открываем биографию Ивана и видим, что он вырос в семье алкоголиков, которые регулярно его избивали, в глухом селе, где единственным развлечением было распитие самогона, а единственной жизненной перспективой умереть от цирроза печени в тридцать лет. То есть мы обнаруживаем, что в жизни Ивана был сплошной негатив - для описания его жизни полностью справедливы строки из детской песни "Только от жизни собачей собака бывает кусачей". То есть обстоятельства, которые Иван не выбирал, привели его туда, куда привели. Вероятно, родись он в благополучной семье в крупном городе, он бы не стал угонщиком машин.
И хотя очевидно, что государственная система всегда будет руководствоваться прагматическими соображениями, с этической точки зрения возникает громадная проблема: человека судят исходя из предположения существования у него свободы воли, полностью отвергая влияние внешних обстоятельств и полностью игнорируя закон причинно-следственных связей в формировании его личности.
Единственный случай, когда человека не судят, за содеянное - при доказательстве невменяемости, то есть невозможности вменить ему вину. Такое случается, если врачи докажут наличие у человека психиатрических заболеваний, сподвигнувших его на совершение преступления. К примеру, в СМИ в мая появилась информация, что у стрелка, убившего девятерых школьников в Казани, врачи нашли опухоль, вызвавшую атрофию мозга, нарушение когнитивных способностей и заставшую его считать самого себя "Богом".
И хотя с юридической точки зрения случаи гипотетического Ивана Иванова и реального казанского стрелка разные, то с этически-философской точки зрения разницы между ними нет.
Детерминизм и случайность
С научной точки зрения спор ведется не о фатализме и свободе воли, а о детерминированности и случайности. Или другими словами, стоит вопрос: существуют ли в нашем мире какие-либо абсолютно случайные явления, или все процессы строго детерминированы законами физики так, что зная текущее состояние мира и все физические законы можно рассчитать следующее его состояние?
До начала XX века все научные теории подтверждали точку зрения детерминистов. Сквозь призму ньютоновской механики мир рассматривался как огромный часовой механизм, работающий по строго заданным законам гравитации. Созданная Альбертом Эйнштейном теория относительности изменила законы, по которым работает мировой часовой механизм, но не изменила его детерминированной сути.
Переворот произошел, когда наука отвлекла свой взор от макрокосма и обратила внимание на микромир. Исследование строения атомов и поведения света привели ученых к созданию квантовой механики - контринтуитивного и парадоксального раздела физики. Оказалось, что на микроуровне кванты света и частицы вещества не ведут себя как строго материальные объекты, а проявляют двойственную природу - с одной стороны их поведение описывается волновым уравнением Шредингера, с другой стороны в момент взаимодействия они проявляют себя как точечные частицы - это свойство получило название корпускулярно-волнового дуализма. Более того оказалось, что невозможно одновременно точно измерить координаты частицы и её импульс. Таким образом, физики поняли, что на субатомном уровне мир не является строго детерминированным, в нём присутствует элемент случайности - при измерении и коллапсе волновой функции в частицу, частица появлялась в случайном месте в определенной волновой функцией области пространства.
Многих учёных это взбесило: создатель теории относительности Альберт Эйнштейн возмущался, что "Бог не играет в кости". Его не устраивало утверждение о том, что коллапс волновой функции - это абсолютно случайное явление. Кроме того, его не устраивала гипотеза о том, что коллапс происходит только при взаимодействии кванта с другими частицами или, как еще говорят, "измерении" . Он спрашивал у создателей квантовой механики: "Неужели Луна существует только, пока я на неё смотрю?". Физики того времени не знали, что ответить Эйнштейну. В задекларированной в Копенгагене в 1927 году интерпретации квантовой механики Нильс Бор и Вернер Гейзенберг постулировали, что "коллапс волновой функции происходит при измерении" без указания каких-либо объективных причин.
К копенгагенской интерпретации квантовой механики отношение было неоднозначным. С одной стороны она была единственной и общепринятой, с другой стороны многие физики нутром противились идее недетерминированности мира. Альберт Эйнштейн до конца жизни не смог с этим смириться, и именно его последний ученик и помощник американский физик Джон Уилер воспитал аспиранта, который её сокрушил.
Им был американский физик Хью Эверетт. Эверетт был абсолютно согласен со своим "научным дедушкой" Эйнштейном в том, что коллапс волновой функции Шрёдингера не может быть случайным. И спустя два года после смерти Эйнштейна он опубликовал свою докторскую диссертацию, в которой предложил другую интерпретацию квантовой механики.
Согласно интерпретации Эверетта в момент измерения волновая функция не коллапсирует в один из возможных вариантов нахождения частицы, а создает сразу все возможные варианты, таким образом Вселенная распараллеливается и в каждой параллельной Вселенной получается свой результат измерения координат частицы. Если привести пример с знаменитым мысленным экспериментом Эрвина Шрёдингера с котом, то согласно интерпретации Эверетта получается, что в одной параллельной Вселенной кот остается жив, а в другой умирает. Эта интерпретация квантовой механики также называется многомировой, а все параллельные Вселенные вместе взятые обычно называют Мультивселенной, или прямой калькой с английского "Мультиверс".
К сожалению, после публикации своей докторской диссертации Хью Эверетт был высмеян современниками, и, обидевшись, навсегда ушел из академической науки. Но со временем его гипотеза получила широкое признание среди физиков, а также послужила основой сюжета бесчисленного количества супергеройских комиксов, таких как "Кризис на бесконечных землях" DC.
В случае верности гипотезы Эверетта мы приходим к интересному выводу - мир одновременно и детерминирован, и случаен. С одной стороны мир работает по совершенно строгим законам физики и все кванты подчиняются волновому уравнению Шрёдингера, а с другой стороны мы никак не можем предсказать в каком именно из параллельных миров мы окажемся при измерении, то есть для нас результат получается абсолютно случайным.
Квантовое бессмертие
Проблема с многомировой интерпретацией в её проверяемости, ведь по своим следствиям она неотличима от копенгагенской. Долгое время физики думали над experimentum crucis, который дал бы определенный ответ на то, верна ли догадка Эверетта или нет.
И в конце восьмидесятых годов два физика, Ханс Моравек и Бруно Маршалл, придумали такой эксперимент - квантовое самоубийство. Суть эксперимента такова: создается устройство, состоящее из двух частей: автоматической винтовки (ну или пусть это будет автомат Калашникова) и спускового крючка, нажатие на который привязано к распаду неких радиоактивных атомов. То есть, если атом распадается, автомат стреляет, если нет, то просто щелкает. Вероятность выстрела зависит от коллапса волновой функции и равна 50%. Процесс измерения распада атома происходит раз в секунду, то есть раз в секунду автомат либо стреляет, либо щёлкает.
И теперь переходим к самой сути и невероятной красоте эксперимента: если мы смотрим на этот автомат со стороны, то мы слышим и видим абсолютно случайную последовательность выстрелов и щелчков: выстрел, щелчок, выстрел, выстрел, щелчок, выстрел, щелчок, щелчок, выстрел, щелчок. Но как только мы помещаем нашу голову на линию огня автомата происходит магия - автомат только щёлкает и никогда не стреляет. Как такое возможно?
Всё дело в том, что в тех параллельных вселенных, где автомат выстрелил, вы умерли, а остались в живых вы только в той единственной вселенной, где автомат всегда щёлкал. Поэтому не стоит показывать этот эксперимент вашим друзьям: за минуту стояния на линии огня квантового автомата в 60 параллельных вселенных ваши друзья увидят как ваши мозги разлетаются по стене, и лишь в одной из них вы сможете сказать им: "Вот видите, я же говорил, что я бессмертный". Эта особенность делает данный эксперимент самой остроумной шуткой Бога - с его помощью вы можете доказать верность многомировой интерпретации квантовой механики только для самого себя.
Disclaimer: очевидно, что это описание не является руководством к действию.
Вычислительная сложность против демона
Другая интересная точка зрения на проблему детерминизма и случайности исходит, как это ни странно, из математики. В 1814 году знаменитый французский математик Пьер-Симон Лаплас предложил мысленный эксперимент, в последствии известный как "демон Лапласа". Лаплас писал:
Мы можем рассматривать настоящее состояние Вселенной как следствие его прошлого и причину его будущего. Разум, которому в каждый определённый момент времени были бы известны все силы, приводящие природу в движение, и положение всех тел, из которых она состоит, будь он также достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, смог бы объять единым законом движение величайших тел Вселенной и мельчайшего атома; для такого разума ничего не было бы неясного и будущее существовало бы в его глазах точно так же, как прошлое.
То есть Лаплас предполагал, что если Вселенная полностью детерминирована, то возможно создание такой машины, которая зная все возможные данные о всех частицах в мире, сможет предсказать следующее состояние Вселенной. И хотя квантовая механика опровергла возможность создания демона Лапласа, еще раньше он получил смертельный удар от математики, а конкретно от теории вычислительной сложности.
Парадокс демона таков: если демон Лапласа был бы создан, то он был бы материален. И если демон умел бы расчитывать за 1 минуту состояние мира через 2 минуты от начала расчета, то он знал бы и своё следующее состояние (ведь он материален и является частью этого мира), таким образом он бы знал состояние мира через 3 минуты. Но зная состояние мира через 3 минуты, он знал бы и своё состояние, поэтому знал бы состояние мира через 4 минуты, и так далее. Получается, что за минуту работы демон Лапласа узнал бы всю будущую историю Вселенной.
Если предположить, что Вселенная вечна, то для хранения такой информации нужно бесконечное количество памяти, а являясь материальным, демон ограничен ресурсами, доступными ему во Вселенной: возможно колоссальными, но не бесконечными. Если же Вселенная имеет конец, то демон всё равно не может обладать памятью достаточной для знания о будущем - ведь количество информации о следующем состоянии мира равно количеству информации в текущем состоянии мира, таким образом во всей Вселенной количества "памяти" хватает только на запись одного состояния - текущего. Этот краткий миг между прошлым и будущим - мгновение настоящего.
Кроме того, такой раздел современной науки как цифровая физика утверждает что основа всего сущего - это информация, максимальная скорость распространения которой определяется скоростью света. Последние исследования в этой области предполагают, что алгоритмическая сложность расчёта следующего состояния мира несокращаема. То есть, расчёт следующего состояния мира и его наступление занимает одинаковое время. Таким образом, невозможно рассчитать состояние мира на "два такта вперёд". А следовательно демон Лапласа невозможен.
Это приводит нас к выводу, что для так как мы не можем точно рассчитать будущее по настоящему, для нас оно является случайным и неожиданным, несмотря на строгую детерминированность законов физики.
Заключение
В классическом сборнике коанов "Бездверная дверь" есть такой коан:
Монах спросил у Чжаочжоу:
- Обладает ли собака природой Будды?
И Чжаочжоу ответил:
- Му!
"Му" в японском и корейском языках означает "без", "отсутствие", "никакой", поэтому ответ Чжаочжоу можно перевести как "ни да, ни нет". Так что если вас спросят, является ли наш мир строго детерминированным или в нём всё-таки существует случайность, вспомните старину Хью Эверетта и смело отвечайте: "Му!"
