Эта статья поможет вам осознать один из самых важных инсайтов в квантовой физике — действительно, это самый важный вывод. Но сначала давайте поговорим о конструкторах Lego.
Lego, правда?
Когда вы строите что-то из Lego, очевидно, как соединяются детали: кирпичики защелкиваются, башням нужны широкие основания, а угловые конструкции обеспечивают устойчивость.
Но задумывались ли вы когда-нибудь, откуда берутся эти правила?
Заложены ли они в сам материал? Если расплавить кирпичики Lego в лужу пластика, найдутся ли внутри жидкости инструкции, объясняющие, как им соединяться?
Нет. Химический состав пластика определяет его прочность, гибкость и другие свойства, но он не диктует, как вы должны располагать кирпичики, чтобы построить замок или космический корабль.
Концепция «защелкивания» не существует на уровне молекул полимеров. В этом микроскопическом масштабе все сводится к молекулярным связям и электронным облакам. В принципе, можно сказать, что фундаментальные молекулярные правила позволяют пластику формировать кирпичики Lego, которые можно соединять, но если вы посмотрите на отдельную полимерную цепь, вы не увидите в ней никаких признаков этого механизма.
Где редукционизм дает сбой
Мы часто слышим, что если достаточно глубоко изучить фундаментальные законы, можно вывести из них все остальное.
Технически это правда.
Молекулярная структура пластика подразумевает возможность создания кирпичиков Lego. Но на практике попытка объяснить «как построить устойчивую башню из Lego» на основе молекулярной физики — безнадежно сложная задача.
Дело не в том, что фундаментальные законы ошибочны или неполны. Просто возникающие явления — такие как соединение кирпичиков — существуют на другом уровне объяснения.
Более того, если мы говорим о возникающих правилах (например, принципах конструирования Lego), они не помогают понять фундаментальную химию. Изучение механизма «защелкивания» не объяснит, почему полимеры изгибаются определенным образом или как перерабатывается нефть. Между уровнями существует эффект «экранирования» в обоих направлениях.
Экранирование идет как снизу вверх, так и сверху вниз. Хотя молекулярная физика позволяет строить Lego, практически невозможно вывести инженерию Lego из химии полимеров.
Но и наоборот: понимание продвинутых техник сборки Lego не проливает свет на работу связей между атомами углерода и водорода. Язык и концепции «защелкивания» и «соединения» не имеют значения на молекулярном уровне.
Это и есть суть возникающих явлений (эмерджентности).
Мы начинаем с минимального набора фундаментальных законов (химических связей, атомных взаимодействий), которые в принципе содержат все необходимое для объяснения мира.
Но на практике нам требуются более высокоуровневые структуры (например, «правила соединения кирпичиков Lego»), чтобы разобраться в большинстве явлений. Сложность настолько велика, что пытаться свести все к фундаментальному уровню — нецелесообразно.
Каждый новый уровень обладает своим собственным, самодостаточным «языком» или «правилами», которые работают в рамках этого уровня, но не обязательно дают информацию о других уровнях.
Квантовая физика и ее место
Теперь перенесем эту идею в квантовую физику. Квантовая теория поля описывает фундаментальную «субстанцию» Вселенной — невероятно минимальный набор правил, управляющих частицами и полями.
В этой области существуют такие концепции, как волновые функции (математические объекты, представляющие квантовые состояния), суперпозиция (существование частиц в «нескольких состояниях одновременно»), запутанность (контринтуитивные корреляции между разделенными частицами), туннелирование (способность частиц проходить сквозь барьеры) и другие феномены, которые с классической точки зрения кажутся почти магическими.
Но знание этих квантовых концепций не объяснит, как работают здания, как движется транспорт в городе или как рассуждает человеческий разум. Это возникающие феномены со своими правилами и закономерностями, которых просто не существует в квантовом словаре. Интерпретировать их, углубляясь в волновые функции, было бы все равно что строить набор Lego, выбросив инструкцию и открыв учебник по химии.
Но почему это важно?
Может показаться, что весь этот разговор ведет к выводу: «Не стоит беспокоиться о квантовых вещах».
Отчасти да — если речь идет о решении повседневных задач, вроде инвестирования или понимания принципа работы автомобиля. Но есть как минимум две причины, почему квантовая физика все же важна.
Во-первых, она предотвращает распространение псевдонауки. Если человек не понимает эффекта «экранирования», он может попытаться применить квантовые идеи к повседневной психологии, сознанию или социальным структурам в упрощенной и ошибочной манере. Именно так зарождается псевдонаука или плохо преподнесенная наука. Даже ученые иногда грешат этим, смешивая несовместимые уровни объяснения.
Грамотно поданная наука признает, что, хотя все в мире «состоит» из квантовых полей, нам по-прежнему необходимы возникающие структуры (биология, нейронаука, классическая физика), чтобы понимать сложные системы.
Во-вторых, квантовая физика играет ключевую роль в раздвигании границ возможного — так же, как химия полимеров важна при создании, скажем, светящихся в темноте кирпичиков Lego. Если кто-то разрабатывает новые материалы (например, сверхпроводники или инновационные полупроводники), их критические свойства определяются квантовыми законами.
Но даже в этом случае квантовые концепции не проникают в наш уровень объяснения. Новый модный кирпичик Lego все равно должен подчиняться старым правилам сборки, так же как цель нового «квантового» материала — обслуживать «классические» нужды.
Итог
В конечном счете, квантовая физика — это фундамент, своеобразный «пластик», из которого формируется все остальное. Но каждый новый уровень в иерархии природы следует своей логике, своему языку и своим правилам.
Осознание этого взаимодействия — самый важный инсайт, который можно вынести из квантовой физики. А заодно и из понимания того, как устроен наш мир.
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь пожалуйста на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos