Томпсон. Механистическая и немеханистическая наука. Исследование природы сознания и формы

184

Глава 6

шел радиоактивный распад, — если не произошел — ноль. Меняя количество радиоактивного вещества, можно добиться, чтобы средняя частота срабатывания счетчика обеспечивала возникновение единицы с вероятностью примерно 50%. Настроив таким образом аппаратуру, мы могли бы ожидать, что порождаемая моделью «вселенной» последовательность нулей и единиц будет соответствовать нашему простому статистическому закону.

Современные физики интерпретируют такого рода предсказуемое статистическое поведение системы как проявление некоего случайного, ничем не обусловленного процесса. Хотя работа аппаратуры анализируется при этом с позиции причины и следствия, сам процесс радиоактивного распада атомов считается принципиально беспричинным, а точный момент распада — совершенно непредсказуемым. Это означает, что последовательность нулей и единиц, генерируемая нашей моделью, также должна быть непредсказуемой. Таким образом, статистическое поведение модели находит свое объяснение в гипотезе беспричинной случайности.

Рассматривая описанную выше модель физической системы, мы видим, что в ней сосуществуют два основных принципа: детерминизм и абсолютная случайность. В данном примере мы подразумеваем, что измерительная аппаратура действует в соответствии с детерминистическими законами, в то время как распад радиоактивных атомов считается абсолютно случайным процессом. В рамках современной физики эти два принципа, как правило, сочетаются. Математические уравнения, описывающие причинные взаимодействия, составляют детерминистическую часть теории, а характерные для статистических законов элементы случайности выражаются на языке вероятности.

Рассматривая реальные явления природы как комбинации детерминистических и статистических законов, современные ученые, как правило, склонны считать, что этими явлениями управляют только данные законы и ничто иное. При этом создается впечатление, что эти законы напрямую соответствуют некоему основному фактору, порождающему рассматриваемые явления. Представив себе такой фактор, ученый, естественно, рассматривает его как реальную, вещественную причину, а порожденные им явления — в качестве ее эфемерных, нереальных следствий.

Случай и единство природы

Так, физик Стивен Вайнберг считает физические теории «математическими моделями Вселенной, которым ученые — по крайней мере физики — приписывают большую степень реальности, нежели обычному миру ощущений»4. Следуя подобному образу мышления, некоторые исследователи пытаются обнаружить конечные математические законы, приложимые ко всем во Вселенной. По их представлениям, эти законы лежат в основе реальности. Многие из них считают, что открытие подобных законов является главной целью естествоиспытателя.

Разумеется, вплоть до настоящего времени никому не удалось сформулировать математически непротиворечивую теорию подобного рода, а разработки частных вопросов неизбежно сталкивались с неразрешимыми техническими трудностями. Тем не менее даже самые сложные теории современной физики включают в себя статистические законы и опираются на концепцию абсолютной случайности. Как мы увидим позже, этот подход является тупиковой ветвью процесса познания, стремящегося к обретению полного, единого понимания природы. Концепция абсолютной случайности совершенно ошибочна, и всякая основанная на ней теория также ошибочна, какой бы математически сложной она ни была.

6.2. Иллюзия абсолютной случайности

Мы можем пояснить ошибочность концепции абсолютной случайности, обратившись к более тщательному исследованию нашей модели «вселенной». В ходе такого исследования мы увидим, что действующие в рамках модели законы адекватно описывают и детерминированное функционирование измерительной аппаратуры, и статистические свойства последовательности радиоактивных распадов. В то же самое время они ничего не говорят о конкретных деталях самой последовательности. Конечно, природа выбранной нами модели вряд ли позволяет ожидать, что порождаемая ею последовательность цифр имеет скольконибудь существенное значение, и поэтому вопрос о каких-либо ее деталях может показаться бессмысленным. Однако зададимся следующим вопросом: можно ли считать теоретическое описание нашей модели полным и универсальным? Не стоит ли ради полноты такого описания добавить к нему описание фактической последовательности радиоактивных распадов?

l g6

Глава б

Рассматривая эти вопросы, отметим, что если теория нуждается в подобном дополнении, то такую систему никак нельзя считать единой. Такого рода теория состояла бы из краткого перечня основных законов и огромного количества бессвязных данных. Исключив же из системы конкретные данные о последовательности актов распада, мы будем вынуждены признать, что система неполна ввиду отсутствия в ней подробной информации. Разумеется, мы можем объявить систему полной, воспользовавшись критерием полноты, позволяющим нам игнорировать детали явлений, для объяснения которых и создавалась теория.

Теперь становится ясно, что концепция абсолютной случайности и есть, по-видимому, то самое средство, при помощи которого достигается такого рода «полнота». Интуиция подсказывает нам, что уже в самой идее о порождении событий беспричинной случайностью заранее подразумевается, что это события разупорядоченные, хаотические, бессмысленные. Вряд ли можно ожидать, что совершенно случайная последовательность может чем-то существенно отличаться от всех прочих бесчисленных хаотических последовательностей, обладающих теми же самыми статистическими свойствами. Вряд ли можно считать такого рода последовательность чем-то иным, нежели проявлением бессмысленного произвола.

Отсюда естественным образом следует вывод о том, что теоретическое описание может считаться полным, если оно содержит подробный отчет о статистических свойствах описываемых им явлений. Это значит, что если явление содержит случайные последовательности событий, другими словами, если последовательность удовлетворяет статистическим критериям случайности, то оно должно быть проявлением беспричинной случайности. А раз так, то конкретные детали бессмысленны и малоинтеэесны и, следовательно, ими можно пренебречь, Теоретическое шисание должно принимать во внимание только наиболее обцие, статистические свойства явлений.

В случае нашего примера радиоактивного распада описанный 1етод проверки полноты теории может показаться пригодным, 'азумеется, наблюдаемая картина распада радиоактивного ведества выглядит совершенно хаотической. Но давайте вновь братим внимание на «историю» модели, представленной на ис.2. Как мы уже отмечали, эта последовательность соответстует критерию случайности, выводимому из нашего простого

Случай и единство природы

187

статистического закона. «История» модели, в свою очередь, также представляется неупорядоченной и хаотической. Однако, при более внимательном изучении мы увидим, что она представляет собой зашифрованное в двоичном коде сообщение,

Расшифровав этот код, мы обнаружим, что он, как ни странно, содержит следующее утверждение:

«Вероятность повторения эволюции Земли равна нулю, точно так же, как и вероятность того, что, если почти вся жизнь на Земле будет уничтожена, эволюция вновь начнется с уцелевших примитивных организмов. Вероятность появления в ходе эволюции человекоподобных существ ничтожно мала.»

Какой отсюда следует вывод? Имеется ли хотя бы самая малая вероятность возникновения данной последовательности в ходе случайного процесса, подчиняющегося нашему простому статистическому закону? Рассчитав в соответствии с ним вероятность, мы получаем число 0,00...(292 нуля)...0001.

Разумеется, дело в том, что представленная на рис.2 последовательность отнюдь не является результатом случайного процесса. Факт обусловленности последовательности событий статистическим законом еще не означает, что он порождает эту последовательность. Приведенная на рис.2 последовательность, в сущности, показывает, что. по крайней мере в некоторых случаях, высокая степень разупорядоченности должна интерпретиро*]! ваться совершенно иначе. Рассматривая метод, при помощи ко-' торого была получена данная последовательность, мы видим, что ее очевидная неупорядоченность является непосредственным следствием большого объема зашифрованной в ней осмысленной | информации.

Представленная на рис.2 последовательность появилась в результате применения нами технического приема, который на языке инженеров-связистов носит название «сжатие (компрессия) данных». Основная проблема связи - передача как можно большего количества информации по каналам с ограниченной пропускной способностью, скажем, по телефонным линиям. Инже- неры-связисты разрабатывают методы передачи сообщений как можно более кратким кодом, который тем не менее можно с высокой надежностью расшифровывать и получать исходное послание.

Основные принципы связи были сформулированы в 1948 году Клодом Шенноном5. Он показал, что всякое сообщение содер-

Jgg

Глава б

жиг информацию, которая может быть представлена в виде последовательности «битов», то есть двоичных нулей и единиц. Если сообщение содержит N бит информации, то его можно представить в виде последовательности N цифр. Однако невозможно закодировать его короче без утери части информации. Если количество двоичных символов в коде равно или почти равно N, то плотность информации будет максимальной-и каждые ноль и единица будут нести в себе существенную информацию.

Шеннон показал, что когда сообщение зашифровано кратчайшей последовательностью, оно выглядит совершенно неупорядоченным. Основная причина состоит в том, что если мы желаем при передаче информации максимально эффективно использовать каждый ноль или единицу, то все возможные их комбинации появляются с примерно равной вероятностью. Таким образом, критерии максимальной плотности упаковки информации и максимальной случайности оказываются одинаковыми.

На рис.3 и 4 представлен результат сжатия информации, содержащейся в изображенном на рис.2 закодированном сообщении. Рис.3 представляет некоторые свойства развернутого (декомпрессированного) двоичного кода сообщения. На гистограмме показано частотное распределение пятибитовых комбинаций, каждая из которых представляет одну букву латинского алфавита. Данное распределение значительно отличается от колоколообразного, которого можно было бы ожидать в случае разупорядоченной последовательности. Тем не менее, закодировав сообщение в сжатой форме, как на рис.2, мы получаем распределение, показанное на рис.4. Из этого рисунка ясно, что, сжимая закодированное сообщение, мы значительно повышаем степень его кажущейся разупорядоченности6.

Следовательно, объяснить кажущуюся случайность происходящих в природе событий действием абсолютной случайности невозможно. Если последовательность событий проявляет статистические свойства разупорядоченности, то это вполне может означать, что в ней содержится значительный объем существенной информации. Если же в последовательности сочетаются хаотичные и систематические свойства, то это может отражать присутствие существенной информации, представленной в менее концентрированном виде. В любом случае было бы ошибкой

Случай и единство природы

] go,

игнорировать детали последовательности, считая их результатом случайности.

В завершение напомним, что последовательность считается случайной, если она удовлетворяет статистическому критерию равновероятности появления в ней всевозможных комбинаций. Многие исследователи считали наличие в природе случайных последовательностей доказательством существования естественных процессов, вызываемых беспричинной случайностью. Одна1ко, как мы видим, критерии максимального информационного • «содержания и хаотичности совпадают и, таким образом, после- I "довательность, содержащая в плотно упакованном виде значи- ' тельный объем полезной информации, не может считаться результатом проявления абсолютной случайности. В любом случае попытка усмотреть в закономерном процессе черты отсутствия закономерности внутренне противоречива, и мы можем лишь сделать вывод об ошибочности концепции абсолютной случайности. Данная концепция дает нам лишь иллюзию понимания явлений, которые мы способны описать, но не в силах объяснить.

l

4 -

3-

0 т!Ш miLr&

0 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4 5

vo

о

ТЛ-П

Рис.3. Результат компрессии данных. На рисунке сверху показан закодированный, но не сжатыйтекст, состоящий из латинских букв. Гистограмма внизу представляет частотное распределение пятибитовых комбинаций, соответствующих содержащимся в сообщении буквам. Форма распределения отличается от колоколообразного профиля, которым характеризуются разупорядоченные последовательности. Причина состоит в том, что некоторые буквы английского языка появляются значительно чаще других.

п

LMUTnriJUUU

1

Рис.4. На рисунке сверху показано сообщение из рис.3, после компрессии. Его смысл не изменился, но плотность представления информации повысилась. Как видно из приведенной внизу гистограммы, частотное распределение для сжатого сообщения намного ближе к колоколообразной форме, характерной для случайной последовательности. Возрастание видимой разупорядоченности происходит не из-за "случая", а вследствие увеличения плотности информациипослесжатиясообщения.

10

20

30

192

Глава 6

6.3. Случайность и эволюция

Посмотрим, каким образом сделанные нами выводы соотносятся с реальным миром, в котором мы живем. Не может ли получиться так, что, концентрируя свои усилия на исследовании механистических законов, современные ученые упускают из виду важную информацию, содержащуюся в природных явлениях в закодированном виде? Именно это произошло с приведенной на рис.2 последовательностью, которую мы раскодировали, открыв ее высший смысл — утверждение по поводу эволюции человека. Утверждение это принадлежит известному специалисту в области эволюции Теодосису Добжанскому7, который выразил в нем широко распространенное среди ученых мнение. Добжанский рассматривает появление человеческой расы в контексте некой физической теории, описывающей сочетание процессов обусловленности и случая. Своим утверждением Добжанский выражает убежденность в том, что, хотя эти процессы и привели к появлению столь сложных форм жизни, как человек, вероятность такого хода событий равна нулю.

Разумеется, никому до сих пор не удалось доказать, что Вселенная или хотя бы ее крохотная часть, населенная нами, действительно подчиняется системе каких-то фундаментальных механистических законов. Тем не менее допустим, что это так. Тогда утверждение Добжанского будет означать, что подробная информация, определяющая природу и историю жизни человека, \ является по отношению к такого рода высшей системе не более I чем случайным шумом8. Всеобщая теория может описывать только наиболее общие статистические свойства этого шума и игнорирует саму суть содержащейся в нем информации, ибо относится к ней как к проявлению беспричинной случайности.

Убеждения Добжанского основаны на том, что ни он сам, ни его коллеги не в силах выделить в природе ни одной четко определенной цепочки причинно-следственных связей, позволяющей им вывести формы живых организмов из основополагающих физических принципов. Разумеется, сторонники теории эволюции постулируют возникновение всех живых форм в результате действия определенных физических процессов — мутации и естественного отбора. Однако исследование этих процессов не дает ответа на вопрос, почему одна форма возникла, а другая — нет; отсюда делается вывод о том, что возникновение конкретных видов, например тигров, лошадей, людей — это лишь проявле-

Случай и единство природы

j 93

ние случайности. Именно этот вывод содержится, например, в замечании Чарльза Дарвина, которое гласит: «В многообразии , органических существ и действии естественного отбора столько •']

же смысла, как в направлении, в котором дует ветер»9.	I
Можно, разумеется, предположить, что в будущем нам удаст-
ся объяснить возникновение конкретных живых форм на основе
фундаментальных физических законов. Однако много ли деталь-
ной информации мы сможем надеться получить? Сумеем ли мы
объяснить с ее помощью сложнейшие свойства человеческой
личности? Сможем ли описать при помощи физических законов
подробности личной жизни каждого отдельно взятого человека
— например научные труды того же самого Теодосиса Добжан-
ского? Не вызывает сомнений факт, что на основе фиксирован-
ного набора относительно простых законов можно сделать лишь
ограниченное количество выводов.
Эти вопросы представляют собой серьезную дилемму для ис-
следователей, пытающихся сформулировать полную, единую
механистическую теорию мира. Отвергнув ложную концепцию
абсолютной случайности, мы видим, что такая теория, чтобы ее
можно было считать полной, должна содержать прямое объяс-
нение всего бесконечного многообразия реальности. Ученые
должны либо удовлетвориться неполной теорией, в хоторой ни-
чего не будет сказано о многообразных проявлениях Вселенной,
в том числе и жизни, либо они будут вынуждены приложить к
своей теории произвольный, по-видимому, перечень данных,
описывающих эти свойства ценой разрушения единства теории.
Чтобы получить представление о серьезности этой дилеммы,
вкратце рассмотрим физические теории, предшествовавшие по-
явлению квантовой механики и формального введения в науку
понятия абсолютной случайности. Основанные на одном лишь
принципе причинности, эти теории пользуются понятием слу-
чайности только в качестве фактора, объясняющего неполноту
представлений наблюдателя о совершенно предопределенном
ходе событий. Новейшие научные достижения отодвинули тако-
го рода теории на второй план, однако кто-то может все еще
надеяться построить единое описание природы на их основе. Мы
покажем на простом примере, что такие теории сталкиваются с
той же самой дилеммой, что и единые теории, основанные на
статистических законах.