Фактите за миналото и настоящето са или верни, или неверни. Може ли знанието за бъдещето да осигури същата степен на сигурност?
Qe sera sera
Които не са избегнати
Не ни е позволено да виждаме бъдещето
Que sera sera
Така Дорис Дей пее през 1956 г., изразявайки почти универсалното мнение на човечеството, че е невъзможно да се знае бъдещето. Дори това да не е мнението на всички, хората, основани на общочовешкия опит, вярват, че не знаем бъдещето. Тоест, ние не го познаваме пряко и пряко, тъй като познаваме съставните части на миналото и настоящето. Виждаме как се случва нещо в настоящето, помним нещо от миналото, но не виждаме и не помним бъдещето.
Впечатленията обаче могат да бъдат измамни и паметта ненадеждна. И дори този вид пряко познание не е нещо сигурно и неизменно. Освен това има косвено знание за бъдещето, което е също толкова сигурно, колкото това, което научаваме чрез пряко възприятие или памет. Сигурен съм, че знам, че слънцето ще изгрее утре. Знам, че ако хвърлиш камък твърдо върху прозореца на кухнята ми, той ще се счупи. От друга страна, миналата година, на Бъдни вечер, не знаех, че родният ми град Йорк ще има силен порой по Коледа, а на втория ден на Коледа ще бъде почти напълно откъснат от останалия свят чрез наводнение.
В древния свят и, както ми се струва, в детството ни, събития като потопа в Йорк ни карат да бъдем уверени, че не можем да знаем бъдещето. Може да знам нещо за бъдещето, но не всичко. Сигурен съм, че утре ще има някои събития, за които нямам представа. В миналото подобни събития биха могли да се отдадат на непостижимата воля на боговете. Йорк беше наводнен, защото богът на дъжда беше в лошо настроение или искаше да играе с нас. В моята застрахователна полица подобни бедствия се наричат „непреодолима сила“. Когато смятаме, че е невъзможно да се предскаже победителят на изборите, ние казваме, че „резултатът е известен само на Бог“.
Промоционално видео:
Аристотел формулира доказателствата за бъдещето на езика на логиката. По това време в Атина, където той е живял, винаги е било възможно нашествие от морето. Той изрази аргументите си със следното изречение: „Утре ще има морска битка“. Един от класическите закони на логиката е „законът на изключената среда“, според който всяко твърдение е или вярно, или невярно. Две преценки, едната от които формулира отрицанието на другата, не могат да бъдат едновременно неверни. Тоест, или самото решение, или неговото отрицание е вярно. Но Аристотел заяви, че твърденията "утре ще има морска битка" и "утре няма да има морска битка" не са в крайна сметка верни, тъй като и двете възможности водят до фатализъм. Например, ако първото твърдение е вярно, тогава никой не може да предотврати морска битка. Следователно тези твърдения принадлежат към третата логическа категория,и не са нито верни, нито фалшиви. В наше време подобен извод се отразява в многозначна логика.
Но някои от твърденията в бъдеще време изглежда са верни. Дадох примера „утре слънцето ще изгрее“, а когато хвърля камък, „този прозорец ще се счупи“. Нека разгледаме по-отблизо това. Всъщност нито едно от тези прогнозни твърдения не е 100% вярно. Слънцето може да не изгрее утре, ако някой галактически траулер за полети на звезди влети в нашата слънчева система днес, хване нашата звезда и отлети със скоростта на светлината. Когато хвърлям камък на прозореца, по-големият ми брат, който е отговорен член на семейството и страхотен вратар, може да мине покрай него. Ще ме види да хвърлям камък и ще го хвана, за да спася прозореца.
Не знаехме, че слънцето няма да изгрее утре сутринта, както обикновено; Не знаех, че глупавата ми шега ще се провали. Но такова невежество не е конкретна последица от факта, че говорим за бъдещето. Ако програмата за защита на космическите тела срещу космическите тела имаше по-широка зона на отговорност, щяхме да знаем за приближаването на звезден траулер и съответно щяхме да знаем, че ще видим слънцето за последен път. Ако знаех къде е брат ми, щях да предскажа, че той ще се втурне да спаси прозореца. И в двата случая невежеството за бъдещето се свежда до незнание за настоящето.
Успехът на съвременната наука доведе до появата на идеята, че следното винаги е вярно: невежеството за бъдещето винаги може да бъде свързано с невежество за нещо от настоящето. Все по-голям брой явления са подчинени на законите на физиката; по същия начин все по-голям брой събития могат да бъдат обяснени с предишните събития, които са ги причинили. В тази връзка се появи увереността, че ако е достатъчно да се знае за настоящето, е възможно да се предскаже с голяма сигурност всяко събитие в бъдещето. Най-известната проява на такава увереност беше изявлението на френския математик Пиер-Симон Лаплас, направено от него през 1814 г.:
Трябва да разглеждаме настоящото състояние на Вселената като последица от предишното й състояние и като причина за последващото. Умът, който би знаел за всеки момент всички сили, които оживяват природата, и относителното положение на всички съставни части, ако освен това се окаже достатъчно голям, за да подложи тези данни на анализ, ще обхване в една формула движенията на най-големите тела на Вселената на еднаква основа с движенията на най-малките атоми: няма да остане нищо, което да е ненадеждно за него, а бъдещето, също като миналото, ще се появи пред погледа му.
Тази идея е изразена от Исак Нютон, който е имал мечта през 1687 г.:
Жалко е, че не можем да изведем други природни явления от принципите на механиката чрез същите разсъждения, поради много причини съм склонен да подозирам, че всички те могат да зависят от определени сили, поради които по неизвестни досега причини те или са привлечени един от друг, образувайки правилните фигури или отблъсквайте и се отдалечавайте една от друга.
От тази гледна точка всичко в света се състои от частици с изключително малки размери и тяхното поведение се обяснява с действието на сили, които карат тези частици да се движат в съответствие с уравненията за движение на Нютон. Бъдещото движение на частиците е напълно предопределено, ако тяхното положение и скорост са известни по едно или друго време. Това е теорията на детерминизма. Следователно, ако не успеем да познаем бъдещето, само по причината не знаем достатъчно за настоящето.
В продължение на два века мечтата на Нютон сякаш се сбъдна. Материалният свят все повече и повече попада под влиянието на физиката, тъй като материята се анализира на ниво молекули и атоми, а нейните химични, биологични, геоложки и астрономически свойства са описани в нютонова терминология. Частиците материя, за които Нютон говори, трябваше да бъдат заменени с електромагнитни полета, за да се покаже пълна картина на това от какво се състои светът. Но основната идея, че всички те се подчиняват на законите на детерминизма, остана. Капризите на природата, като бури и наводнения, които преди това изглеждаха непредсказуема прищявка на боговете, станаха възможни за предсказване. И ако някои явления като земетресения все още не могат да бъдат предсказани, тогава казваме с увереност, че благодарение на появата на нови знания в бъдеще, такива прогнози ще станат възможни.
Тази научна програма беше толкова успешна, че забравихме за другите идеи за бъдещето. Физикът от Университета във Вашингтон Марк Джи Алфорд пише за това по следния начин:
В обикновения живот, както и в науката преди появата на квантовата механика, се предполагаше, че всяка несигурност, която срещаме … е резултат от невежество.
Напълно забравихме, че неопределеният свят е обитаван от човешката раса много преди 17 век и възприемаме мечтата на Нютон като естествен поглед към пробуждащата се реалност.
Е, това беше красива мечта. Но всичко се оказа по различен начин. В началото на 20-ти век Ърнест Ръдърфорд, изучавайки новооткрития феномен на радиоактивността, осъзнава, че той показва случайни събития, случващи се на основното ниво на материята в атома и в неговото ядро. Но това не означава, че мечтата на Нютон трябва да бъде изоставена. Ядрото не е най-ниското ниво на материята, а сложен обект, състоящ се от протони и неутрони. Ако знаехме как точно се намират и движат тези частици, тогава вероятно бихме могли да предскажем кога ще настъпи радиоактивното разпадане на ядрото. Други, по-странни открития от онова време обаче водят до радикално отклонение от нютоновата физика, представена от квантовата механика. Те потвърдиха мнението, че явленията от най-малкия мащаб са наистина случайни и че е невъзможно да се знае бъдещето със сигурност.
Откритията, на които трябваше да се противопостави новата физика от 20-те години, бяха двойни. От една страна, обяснението на Макс Планк за разпределението на дължините на вълните в радиация, излъчвана от гореща материя, и обяснението на Алберт Айнщайн за фотоелектричния ефект, показват, че енергията идва в дискретна форма и не се променя непрекъснато, както би трябвало да бъде според правилата на нютоновата механика и електромагнитната теория на Джеймс Максуел. От друга страна, експериментите върху електрони от Джордж Педжет Томсън, Клинтън Дейвисън и Лестър Джермър показаха, че електроните понякога се държат като вълни, въпреки че преди това беше твърдо установено, че те са частици.
Тези объркващи факти са намерили системно, последователно и единно математическо обяснение в теорията на квантовата механика, възникнала от работата на теоретиците след 1926 година. Квантовата теория сама по себе си е толкова загадъчна, че не е ясно дали може да се нарече „обяснение“за объркващите факти, които тя класифицира. Но най-важната му характеристика, която изглежда неопровержима, е, че когато се правят прогнози за физически ефекти въз основа на тази теория, те не дават точни числа, а процент на вероятност.
Макар че не всички го признават. Някои хора вярват, че в състава на материята има по-фини детайли, които, ако ги разпознаем, отново ще ни позволят да прогнозираме точно нейното поведение в бъдеще. От гледна точка на логиката това разбира се е възможно, но в тази теория със сигурност ще има такива аспекти, които повечето физици ще преценят, че е изключително малко вероятно.
Форматът на квантовата теория се различава много от предишните физически теории като Нютонова механика и електромагнетизъм. Тези теории работят с математически описания на състоянието на света или на част от него. Те имат уравнения на движението, които чрез такива математически описания ни казват какво ще стане след определен период от време. Квантовата механика работи и с математически обект, който описва състоянието на света. Нарича се вектор на състоянието (въпреки че не е триизмерен вектор като скорост) и често се обозначава с гръцката буква Ψ или друг подобен символ.
Но това е различен вид математическо описание, различно от описанията в механиката и електромагнетизма. Всяка от тези теории използва набор от числа, които измерват физическите свойства, като скоростта на определена частица или електрическо поле в определена точка от пространството. От друга страна, векторът на квантовото състояние е нещо по-сложно и връзката му с физическите величини е косвена. От вектора на състоянието можем да получим стойностите на физическите величини, но не всички: можем да изберем кои стойности искаме да знаем, но не можем да ги изберем напълно.
Освен това, когато решим какви стойности искаме да знаем, векторът на състоянието няма да ни даде конкретен отговор, а ще даде само процент от вероятността за възможни различни отговори. По този начин квантовата механика се различава от детерминизма. Колкото и да е странно, в отношението си към промяната квантовата механика е подобна на старите детерминистични теории. Той също има уравнението на движението, уравнението на Шрьодингер, което ще ни каже в какво ще се превърне дадения вектор на състоянието на света за даден момент. Но тъй като можем да получим само процент от вероятността от този вектор, той няма да покаже какво ще видим след дадено време.
Като цяло държавният вектор е странно и неясно нещо и е напълно неясно как той описва физическите обекти в реалния свят. Но някои от описанията съответстват на тези описания, които сме в състояние да разберем (ако не ги разгледаме твърде внимателно). Например сред векторите на състоянието на котката има един, който описва седнала и доста мъркаща котка. И има още една, която описва мъртва котка, отровена от дяволско устройство, измислено от физика Ервин Шрьодингер.
Но има и други вектори на състоянието, получени математически чрез комбиниране на горните два вектора. Такъв комбиниран вектор на състоянието може да бъде съставен от част, описваща жива котка, и част, описваща я като мъртва. Това не са две котки: смисълът на историята на Шрьодингер е, че една и съща котка е описана като жива и мъртва едновременно. И не можем да разберем как такива състояния могат да опишат нещо, което се случва в реалния свят. Физици от различни поколения питат: как можем да повярваме в тази теория, ако никога не сме виждали живи мъртви котки?
Има отговор на тази загадка. Ако отворя кутията, в която Шрьодингер прави дисекция на горката котка, обикновените закони на ежедневната физика правят следното. Ако котката е жива, образът на жива котка ще остане на ретината ми и в зрителната област на мозъчната кора, а системата, състояща се от мен и котката, ще се окаже в напълно разбираемо състояние, в което котката ще бъде жива, и ще видя жива котка. Ако котката е мъртва, ще имам образа на мъртва котка и системата, състояща се от мен и котката, ще се окаже в състояние, в което котката ще бъде мъртва, и аз ще видя мъртвата котка.
В съответствие със законите на квантовата механика от това следва, че ако котката в суперпозиция е жива и мъртва, тогава системата, състояща се от мен и котката, ще бъде в суперпозиция на двете крайни състояния, описани по-горе. В такава суперпозиция няма състояние на мозъка, което да вижда необичайното състояние на мъртва жива котка. Познати са обичайните състояния на мозъка ми, при които виждам жива котка и виждам мъртва котка. Това е отговорът на въпроса от предишния параграф; от квантовата механика следва, че ако котките имат състояния, в които изглеждат и живи, и мъртви, тогава никога няма да видим котка в такова състояние.
Но комбинираната система от мен и котка е едно от най-странните състояния на суперпозиция в квантовата механика. Математически той е представен със знака плюс и се нарича състояние на объркване на мен и котката. Какво означава? Може би математическият знак "+" означава само "или"? Има смисъл. Но за съжаление, ако тази стойност се приложи към състоянията на електрона, тя е несравнима с фактите за намеса, наблюдавани при експерименти, показващи вълновото поведение на електрон. Някои хора смятат, че това "+" трябва да се разбира като "и". Когато котката и аз сме в състояние на суперпозиция, има свят, в който котката е умряла и виждам мъртвата котка. И има друг свят, в който котката е жива и аз виждам жива котка. Други не намират подобна снимка за полезна. Може би трябва просто да приемем това (в определен смисъл) като истинско описание на котката и мен,значението на което е извън нашето разбиране.
Нека сега разширим хоризонтите си и да разгледаме цялата вселена, която съдържа всеки от нас, разглеждана като същество, наблюдаващо физическата система. Според квантовата механика има описание на вектор на състоянието, в който системата на съществото е заплетена с останалата вселена и в този процес на заплитане са включени няколко различни усещания на системата на битието. Същият общ вектор на състоянието на цялата Вселена може да се разглежда като заплетено състояние за всяка система от същества във Вселената; те са просто различни гледни точки на една и съща универсална истина.
Но твърдението, че това е истината за Вселената, изглежда противоречи на познанията ми за това, което виждам. За да илюстрираме това, нека разгледаме отново малка вселена, състояща се само от мен и котка. Да предположим, че когато проведох експеримента на Шрьодингер, котката оцеля. В този случай знам какво е моето състояние: виждам жива котка. От това знам какво е състоянието на котката: той е жив. Заплетеното състояние на моята малка вселена, резултат от моя експеримент, също съдържа част с мъртва котка и мозъка ми, който е пълен с угризения.
Но виждайки жива котка, както аз, вярвам, че такава различна картина не е част от истината. Тя описва нещо, което е могло да се случи, но не се е случило. Като цяло, гледайки цялата вселена, знам, че имам само едно определено чувство. Но това противоречи на казаното в предишния параграф. Каква е истината тогава?
Това противоречие е от същия тип като много от познатите противоречия между обективни и субективни твърдения. В „Гледката от нищото“Томас Нагел показва как някои от тези противоречия могат да бъдат разрешени. Трябва да признаем, че има две позиции, от които можем да изложим факти или значения и че твърденията, направени в тези два контекста, не са сравними. Това се отнася за пъзела, представен от квантовата механика, както следва. Във външен контекст (гледната точка на Бог или „поглед от нищото“) ние излизаме извън конкретната си ситуация и говорим за цялата Вселена. Във вътрешния контекст (оттук и сега) правим изявления като физически обекти във Вселената.
По този начин, от външна гледна точка, заплетеният универсален вектор на състоянието е всички истини за Вселената. Компонентите, които описват различните ми възможни усещания и съответните състояния на останалата част от Вселената, са (неравни) части от тази истина. Но от вътрешна гледна точка, от гледна точка на някакво определено усещане, което знам, че изпитвам, това усещане, заедно със съответното състояние на останалата част от Вселената, е истинската истина. Мога да разбера кои са другите компоненти, тъй като мога да изчисля универсалния вектор на състоянието, използвайки уравненията на квантовата механика; но за мен тези други компоненти представляват неща, които биха могли да се случат, но не са се случили.
Тъй като не виждам бъдещето, не мога да изолирам нито един от световете на такова бъдеще.
Сега можем да видим какво ни казва квантовата механика за бъдещето. Доколкото сега можем да очакваме, има два отговора, по един за всяка от двете гледни точки. От външна гледна точка Вселената във всеки един момент се характеризира като универсален вектор на състоянието и векторите на състоянието в различно време са свързани помежду си в съответствие с уравнението на Шрьодингер. Като се има предвид текущия вектор на състоянието, уравнението на Шрьодингер дава уникален вектор на състоянието за всеки момент в бъдещето. Това е детерминистична теория, напълно съответстваща на мирогледа на Лаплас (в квантовата версия).
Но от вътрешна гледна точка всичко изглежда различно. Сега трябва да посочим конкретен наблюдател (в горната дискусия това бях аз, но може да бъдем и вие или някой, или дори цялото човечество взети заедно), по отношение на които можем да разделим универсалния държавен вектор, както е посочено по-горе. И ние също трябва да посочим конкретното състояние на усещанията на този наблюдател. От тази гледна точка по дефиниция е вярно, че наблюдателят има определени усещания и че останалата част от Вселената е в съответно определено състояние.
Следователно квантовата механика ни казва, че в момента има няколко различни свята. Но знам, че един от тях се откроява особено като света, който познавам и чиито по-фини подробности откривам по време на експеримента. Но когато гледаме към бъдещето, ситуацията е различна. Тъй като не виждам бъдещето, не мога да разгранича конкретно нито един от световете на бъдещето. Дори сега да има само един свят и това, което виждам, е в съответствие с универсалния вектор на състоянието на квантовата механика, може да се случи законите на квантовата механика да ни дадат суперпозицията на световете в бъдеще. Например, ако започна с усещанията от подготовката на експеримента на Шрьодингер с котка, тогава в края на експеримента универсалният вектор на състоянието ще бъде наслагване на това, което вече сме срещали, и една част, съдържаща мен, ще види жива котка,а другата част, съдържаща мен, ще види мъртвата котка. И тогава какво мога да кажа за това, което виждам в това бъдеще?
Когато за пръв път се сблъсках с това, бях доста объркан. Преди си мислех, че нещо ме очаква в бъдеще, дори и да не мога да знам какво е, и дори да няма закон на природата, който да определя какво е това. Наистина, това, което трябва да бъде, не може да бъде избегнато. Но Аристотел вече знаеше, че това не е истина. Изявленията за бъдещо време не следват същата логика като твърденията за сегашно време. Не е нужно да бъдат нито верни, нито фалшиви. Логиците, следвайки Аристотел, признаха възможността за трето истинско значение в допълнение към „вярно“и „невярно“, наричайки го „неопределено“или „неразрешено“.
Аристотел обаче отбеляза също, че макар нито едно твърдение за бъдещето да не е наистина вярно, някои са по-вероятни от други. По същия начин универсалният вектор на състоянието в бъдеще време съдържа за мен повече информация, отколкото просто усещанията, които може да имам в този момент. Тези усещания, появяващи се като част от универсалния вектор на състоянието, допринасят за него в различна степен и се измерват с коефициенти, които обикновено се използват в квантовата механика за изчисляване на вероятностите. Следователно можем да си представим бъдещото универсално състояние като даване на информация не само за това какви усещания може да имам в такова бъдещо време, но и за това колко вероятно е всяко такова усещане.
Освен това истината и лъжата могат да бъдат изразени цифрово. Истинското твърдение има стойност на истината 1, а фалшивото е 0. Ако бъдещото събитие X е много вероятно и следователно вероятността за X е близо до 1, тогава твърдението "X ще се случи" е много близо до истината. Ако събитие X е малко вероятно и тази вероятност е близо до 0, тогава твърдението „X ще се случи“е почти невярно. Това предполага, че стойността на бъдещото време на изявлението трябва да бъде между 0 и 1. Истинското твърдение има стойност на истината 1; невярно твърдение има стойност на истината 0, а ако изявлението в бъдещото време "X ще се случи" има стойност на истината между 0 и 1, тогава тази цифра е индикатор за вероятността за събитие X.
Естеството на вероятността е дългогодишен философски проблем, на който учените също трябва да намерят отговор. Много изследователи са на мнение, че вероятността за събитие има смисъл само когато обстоятелствата, при които събитието може да се случи, се повтарят многократно и ние разработваме част от времето, която казва, че това ще се случи. Но това, което току-що беше заявено, изглежда е изчисляването на едно събитие във времето, което ще се случи само веднъж. Във всекидневието често говорим за вероятността нещо да се случи само веднъж: утре да вали, че утре конкретен кон ще спечели състезанието или ще има морска битка. Стандартният възглед за вероятността от такова единично събитие е, че то се отнася до силата на убеждението на лицето, което твърди, че има такава вероятност, и може да бъде измерено чрез процентите,предлага се от хора, залагащи на подобно събитие.
Но описаната по-горе вероятност е обективен факт за Вселената. Това няма нищо общо с вярата и убежденията на човек и дори на човека, чиито усещания се обсъждат. На този човек му се казва фактът за бъдещите му усещания и преживявания, независимо дали вярва или не. Логическата теория придава обективно значение на вероятността за отделно събитие: вероятността за бъдещо събитие е истинският смисъл на предположението в бъдеще, че такова събитие ще се случи. Анализирам този възглед за вероятността и как квантовата механика валидира свързаната многозначна логика на временните предположения в моята работа „Логиката на бъдещето в квантовата теория“.
Сега стана ясно, че описанието на физическия свят в квантовата механика, а именно универсалният вектор на състоянието, играе много различни роли във вътрешния и външния контекст. От външна гледна точка това е пълно описание на реалността; разказва каква е Вселената в даден момент. Тази пълна реалност може да бъде анализирана по отношение на всяко дадено съзнателно същество, което дава редица компоненти, приложени към различните усещания на избраната сетивна система и биващи части от универсалната реалност.
От вътрешна гледна точка на системата обаче реалността се състои само от едно от двете усещания; компонентът, приложен към такова усещане, е абсолютната истина за Вселената за сензорната система. Всички останали ненулеви компоненти са това, което е можело да се случи, но не. В тази перспектива ролята на универсалния вектор на състоянието по-късно не е да описва каква ще бъде Вселената по това време, а да посочи как текущото състояние на Вселената може да се промени между настоящето и бъдещето. Това дава списък с възможности за бъдещето с вероятността всяка от тях да се сбъдне.
Може да изглежда, че поне знаем такива вероятности за бъдещето, тъй като можем да ги изчислим въз основа на определени знания от настоящите ни усещания, използвайки уравнението на Шрьодингер. Но дори и това е несигурно. Нашите настоящи усещания може да са само част от универсалното състояние и целият вектор на универсалното състояние ще трябва да бъде въведен при изчисляването на бъдещите вероятности. Това, което е могло да се случи, но не се е случило (може дори да не знаем нещо за това), все още може да повлияе на бъдещето. Ако обаче тези неща са съвсем различни от истинските ни чувства на макроскопично ниво, тогава квантовата теория ни уверява, че въздействието, което те могат да окажат върху бъдещето, е толкова малко, че може да бъде пренебрегнато. Последицата от тази теория е известна като декохеренция.
Следователно знанията за бъдещето са фундаментално ограничени. Въпросът не е, че има истински факти за бъдещето, но знанието за тях не е достъпно за нас. Няма факти, а определени знания, които би трябвало да има, просто няма. Въпреки това има факти за бъдещето с частична степен на истина. Можем да получим знания за бъдещето, но тези знания винаги ще бъдат несигурни.
Тони Съдбери