Ричард Фейнман: Характер физического закона. Лекция #5. Разница между прошлым и будущим

[музыка] Корнельский университет [музыка] Характер физического [музыка] Закона мессенджеров. Ские чтения профессора Ричарда Фейнмана.

Разница между прошлым и будущим.

Итак, все знают, что все события в мире, очевидно, необратимы. Всё, что происходит, происходит в одну сторону. Если уронить и разбить чашку, то сидеть и ждать, пока осколки взлетят и вновь соберутся, можно долго. Или, например, если вы смотрите на море, стоять и ожидать этого грандиозного момента, когда пена с берега соберётся вместе, поднимется в волну и уплывёт в море — было бы красиво. На самом деле, обычно в таких лекциях необратимость показывают с помощью видеомонтажа, снимая какие-то явления, и запись показывают зрителю в обратной перемотке. Зрители смеются, и их смех означает понимание. В жизни так не бывает.

Но вообще это слабый способ показать нечто столь очевидное и глубокое, как разница между прошлым и будущим. Даже без экспериментов весь наш внутренний опыт относительно них отличается. Мы помним прошлое, мы не помним будущее. У нас всегда различная осведомлённость относительно того, что может случиться, и того, что уже произошло. Восприятие прошлого и будущего полностью различается психологически, равно как и вопросы памяти.

Видимо, из свободы воли в том смысле, что мы знаем, что можем своими действиями как-то повлиять на будущее, но никто или очень мало людей не верит, что совершив нечто, можно изменить прошлое. Ранние сожаления, надежда и так далее — все эти слова проводят границу между прошлым и будущим в мире, сделанном из атомов.

Мы также сделаны из атомов и подчиняемся физическим законам. Это очевидная разница между произошедшим в прошлом и в будущем. Эта очевидная необратимость всех происходящих событий, казалось бы, очевидно должна трактоваться как принцип, что некоторые законы, некоторые законы движения атомов движутся лишь в одном направлении.

Что такое "укс" и "вус"? Это примеры, что некоторые законы не могут выполняться в обе стороны. Где-то там работает принцип, по которому из укс могут получиться вус, но не наоборот. Наш мир работает так, что все первые потихоньку превращаются во вторые, и направленность взаимодействия вещей делает все события в нашем мире, по-видимому, необратимыми.

Тем не менее, мы его ещё не открыли. Во всех законах физики, которые мы пока что нашли, не видно никакой разницы между прошлым и будущим. Видеозапись идентична при перемотке в обе стороны, и физик, смотрящий её, не должен смеяться. Давайте рассмотрим детали. Например, возьмём закон всемирного тяготения.

У нас есть солнце и планета, которая начинает своё движение по орбите. Здесь мы снимаем фильм с ними. Допустим, планета теперь здесь. Снимем, теперь обратное кино. Точнее, простите, мы снимем кино и смотрим на него в обратной перемотке. Что произойдёт? Планета опишет эллипс вокруг солнца. В эту сторону начнёт, здесь направляется, сюда движется по эллиптической орбите. Скорость планеты такова, что площадь, покрытая радиусом, всегда та же. За такое же время она делает всё, что должна. Абсолютно как должно.

Так что неважно, в каком направлении показывать фильм с примером лишь этого закона. В любом случае всё будет выглядеть абсолютно нормально. Точнее можно сказать так: если в какой-то момент времени частица движется сюда, если бы все частицы в более сложной ситуации вдруг поменяли своё направление на обратное, каждая вновь прошла бы через весь свой путь в обратном порядке. Если у вас много частиц... Так и мы. Вдруг обратим их скорости, это полностью отменит ими сделанное.

Итак, такое происходит в законах гравитации, в которых изменения в скорости, результат воздействия сил и так далее. Если обратить время, силы не изменяются. Таким образом, в соответствующих случаях не меняются и сами скорости. Каждая скорость имеет набор изменений, проделанных в точно обратном порядке относительно происходящего изначально. Таким образом, легко доказать, что закон тяготения обратим во времени.

Что насчёт законов электричества и магнетизма? Они обратимы. Законы ядерного взаимодействия обратимы, насколько мы понимаем. Законы бета-распада, о которых мы говорили в предыдущий раз, также обратимы. Хотя сложно. Проводим пару месяцев назад вскрыши, некоторые неопределенности в законе подсказывают, что возможно и нет.

Небо покажет. Но мы точно можем сказать, что этот бета-распад, который может быть необратим, пока не знаю, достаточно неважное явление по отношению к явлениям обычным. Моя возможность разговаривать с вами от него не зависит. Она зависит от химических реакций. Нельзя сказать, что она в данный момент сильно зависит от ядерных взаимодействий. Но также она зависит от гравитации. Я направлен в одну сторону.

Я говорю, голос попадает в помещение, не залетает обратно в рот. Эта необратимость никак не увязать с явлением распада. Иначе говоря, по-видимому, несмотря ни на что, мы живём в мире, где большинство явлений атомарные, и это значит, что могут быть полностью обратимы.

А значит, необходимо найти объяснение. Если посмотреть внимательно на вращающиеся планеты, можно увидеть, что движение не вполне равномерное. Например, вращение Земли вокруг своей оси немного замедляется из-за приливного трения. И это явление очевидно не является обратимым. Если взять нечто тяжёлое, положить здесь и толкнуть, оно немного сдвинется и остановится. Сколько бы мы ни стояли рядом, оно не начнёт двигаться обратно и не прыгнет мне в руки.

Итак, трение, по-видимому, необратимо, но оно само, как мы обсуждали ранее, является результатом невероятной сложности взаимодействия предмета с полом. Хаотичность атомов внутри движущегося предмета переходит в непредсказуемое беспорядочное движение.

Парке. И на это явление нужно смотреть на атомарном уровне. На самом деле здесь кроется загадка кажущейся необратимости. Приведу простой пример. Например, у нас есть синяя вода с чернилами и прозрачная вода без чернил в некотором сосуде с перегородкой. Мы аккуратно вытащим перегородку и получим разделенные жидкости — синюю и прозрачную.

Подождём немного, постепенно синяя смешается с прозрачной, и через время мы увидим нежную голубизну, то есть смесь средненько цвета, равномерно окрашенную. И теперь, как бы долго мы ни ждали, сама по себе она не разделится. Можно, конечно, что-то сделать, можно снова отделить синий, испарить воду. Само необратимо, влияете на что-то ещё. Таким образом, само по себе ничего не обратится.

И это даёт нам подсказку. Посмотрим на молекулу. Допустим, мы сняли видео, в котором синяя и прозрачная жидкость смешиваются. Если пустить его с конца в начало, получится жидкость, из которой выделяется определённый цвет. Странное зрелище. Теперь картинку настолько, чтобы каждый физик мог рассмотреть атом.

Что же произошло необратимо и где может быть нарушены какие-то законы? Вы начинаете смотреть, и у вас есть синие атомы. Ужасно, но допустим, атомы какого-то одного типа и атомы другого хаотично движутся в своём тепловом движении, скачут и отталкиваются. И если проследить картину сначала, на одной стороне будут преимущественно атомы одного типа, а на другой — другого.

Они скачут. Очень маленький ящичек. Нам нужен гораздо больше — миллиарды и миллиарды атомов. Итак, они скачут. Да, я дорисовал всего один. Мне просто надоело. Итак, вот они двигаются. Если все одного типа изначально на одной стороне, а другого на другой, можно увидеть, как в своём вечном неравномерном движении они начнут смешиваться, и жидкость в конечном счёте приобретёт более-менее равномерный цвет.

Но давайте пронаблюдаем за любым их столкновением. Например, с этой иллюстрации: эта молекула движется сюда, эта — сюда. Допустим, это тоже кино, и вот они сталкиваются и разлетаются вот так. Включаем обратную перемотку, пара молекул движется вот так и разлетается вот так. И физик смотрит своим орлиным взглядом, оценивает всё и говорит: "Да, всё нормально, всё по законов физики".

Если две молекулы столкнулись, так разлетятся, и всё — обратимо. Законы молекулярной физики обратимы, никаких вопросов. Так и бывает. Если вообще ничего не понятно, ведь каждое из этих столкновений само по себе обратимо. Однако вся картина в целом показывает нечто абсурдное. Та в которой молекулы начинают обратное движение, молекулы располагаются так: синяя, прозрачная, синяя, прозрачная и так далее. Всё вперемешку. И с течением времени после всех столкновений синие отделяются от прозрачных, и такого быть не может, чтобы вот так случайно что-то с чем-то разделилось.

Однако, если вглядываться в эту перемотку очень внимательно, с каждым столкновением всё в норме, можно увидеть, что обратимость в целом возникает из обычных явлений жизни. Если у вас есть нечто, разделённое, как это, то, произвев случайное воздействие, можно сделать это нечто более равномерным. Но если у вас есть нечто равномерное, произвев на него случайное воздействие, вы не разделите. Оно может разделиться, если все молекулы оттолкнуться.

Так что точно разделятся по типу — это не будет перечить законам физики. Но это крайне невероятный случай. За миллионы лет такого не было. И в этом и есть ответ: явления необратимы лишь в том смысле, что они с большей вероятностью будут идти в одном направлении, а не в другом. Хоть это и возможно и не противоречит законам физики, даже один раз за миллион лет вряд ли смешно ожидать, конечно, что достаточно долго столкновение атомов разделят равномерную смесь чернил и воды на чернила с одной стороны и воду с другой.

Допустим, я дорисую здесь наш ящик, и все молекулы, которые у нас здесь, с течением времени перемешиваются. Но если вы будете терпеливы, можно предположить, что в вечном хаотическом столкновении этих молекул через некоторое время, необязательно через миллион лет, может быть через год, случайно образуется состояние более или менее похожее на это. Разделятся ровно настолько, что можно провести линию и одни окажутся на одной стороне, а другие — на другой. Это не исключено.

Однако настоящие объекты, с которыми мы работаем, — это не просто четыре или пять синих и белых шариков. В них четыре или пять миллионов, миллионов, миллионов, миллионов атомов. Маловажно, что эти миллионы, миллионов, миллионов, миллионов, миллионов вот так разделятся. Таким образом, кажущаяся необратимость нашего мира происходит не из необратимости фундаментальных физических законов, а из того свойства, что в упорядоченной системе хаотические влияния вызывают некоторые последствия с большей вероятностью.

Отсюда возникает следующий вопрос: откуда берётся упорядоченность? По сути, почему вообще возможно начать с некоторого порядка? Вся сложность начинается с порядка и заканчивается с хаосом. Одно из правил нашего мира в том, что начальные условия, я имею в виду, явления стремятся перейти из порядка в беспорядок.

Так вышло, что слова "порядок" и "беспорядок" в физике в очередной раз обозначают не совсем то, что в повседневности. Порядок не должен рассматриваться как нечто правильное для вас, люди. Он просто определяет некоторую ситуацию. Эти все на одной стороне, или на другое, либо они все перемешаны. Это порядок по отношению к беспорядку, когда всё смешано, но это не добавляет порядка.

Итак, вопрос: почему что-то вообще упорядочивает? Почему, если мы взглянем на что-то упорядоченное, даже частично, мы чаще всего можем заключить, что раньше порядка было больше? Если посмотреть на ёмкость, в которой с одной стороны тёмно-синяя жидкость, с другой — прозрачная, посередине — некоторая смесь, если мы знаем, что ёмкость никто не трогал последние полчаса, мы предположим, что ранее синяя половина была ещё более синей.

Я имею в виду, что разделение было ещё более чётким. Если взять, например, два объекта, хотя нам тоже вполне подойдёт, если подождать ещё, цвета смешаются ещё больше. И если я знаю, что их оставили на какое-то длительное время, я могу сделать какие-то выводы о прошлом состоянии. Тот факт, что здесь у нас есть плавный переход, может быть только следствием того, что когда-то в прошлом граница была чётче.

Потому что, если бы эта граница не была чётче, жидкости смешались бы ещё больше. Таким образом, наблюдая, можно сказать что-то о прошлом. Хотя физики обычно таким не занимаются. Физикам нравится думать, что всё, что нужно сказать, это вот стартовые условия. Что будет дальше?

В смежных науках есть другой момент. На самом деле в них всех, в истории геологии, астрономической истории, совсем иные проблемы, и они делают совсем иные предсказания. Физик скажет, что в этих условиях дальше будет то и то, но геолог скажет: "Здесь мы провели раскопки, и здесь вот нашли некоторые останки. Я предвижу, что если провести ещё раскопки, можно будет найти нечто похожее".

Историк, хотя говорит о прошлом, может делать это и предсказывать, что Наполеон существовал, или что Французская революция была году, имея в виду в другой книге по истории, там будет та же дата 789. Может быть, физику этого будет достаточно, точность до третьего знака, то, что говорит историк, в своём роде предсказание о чём-то, чего он никогда не видел, о документах, которые только предстоит найти.

Если в них есть что-то о Наполеоне, будут совпадать с другими. Вопрос в том, как такое возможно? Единственный ответ в том, что прошлое, в каком-то смысле, было более упорядоченным, чем настоящее. Когда-то какие-то люди, точнее физики, всегда... Физики выдвинули такую гипотезу: вся наша Вселенная — это просто набор хаотичных движений вроде этого.

Естественно, в случае с пятью атомами они не могут случайно разделиться. Гипотеза утверждает далее, что всё, всё, всё в нашем мире — это просто флуктуация, так это называется. Небольшое отклонение от нормы — флуктуация. И происходящее сейчас — это её затухание. Как мы можем знать, что это не так? Вы спросите: сколько нам её ждать?

Если бы эта флуктуация не была большой, чтобы успела появиться разумная жизнь, мы бы её не заметили. Поэтому можно утверждать, что она по крайней мере настолько масштабная. Но это неправильная гипотеза, на мой взгляд. Я считаю её безосновательной. Вот почему. Допустим, у нас очень большой мир, и он полон атомов.

В начальном своём состоянии они перемешаны. Возьмём атомы вот тут и тут, они разделены. У меня нет оснований считать, что атомы разделены где-то ещё. То есть, если бы всё было набором флуктуаций, как только мы видим одну из них, вероятнее всего, что больше такого нигде нет.

Мы забираем сюда всю вероятность, чтобы атомы разделились, но не слишком много из всех возможных вариантов. Когда тут у нас шесть атомов, а тут семь, наиболее вероятным является тот, в котором весь остальной мир перемешанный. Он не... Хотя, конечно, когда мы смотрим на окружающий мир, мы видим его упорядоченным, и это может быть флуктуацией.

Но если мы смотрим туда, куда раньше не заглядывали, наиболее вероятно, что там должен быть хаос. Например, мы привыкли, что горячие звёзды отделены от холодного космического пространства. Если говорить, что это всё флуктуация, то там, куда мы ещё не смотрели, звёзды, скорее всего, не отделены.

Но заглядывая туда, куда мы ещё не смотрели, мы ожидаем, что там будет упомянут Наполеон, что звёзды будут на месте, что рядом с одними костями будут такие же. Успех этих на показывает, что наш мир произошёл не из флуктуаций, а из некого более разделенного, более организованного состояния, чем сейчас. Таким образом, я думаю, к физическим законам необходимо добавить гипотезу, что в прошлом Вселенная была более упорядоченной в физическом смысле, менее хаотичной, чем сейчас.

И эта гипотеза необходима для понимания необратимости. Как таковой, это утверждение само по себе говорит, что нечто в прошлом было более однозначно другим, нежели в будущем, но оно находится за рамками того, что мы сегодня называем физическими законами. Сегодня мы пытаемся различать, может быть, когда-то и перестанем. Но сегодня пытаемся законы, которые рассказывают нам о том, как что-то движется, исходя из начальных условий, и утверждение о том, как вселенная пришла к состоянию, в котором она есть или была, и что с ней будет дальше.

Нет утверждений о физических законах, отвечающих за то, как развиваются законы, отвечающие за состояние Вселенной в прошлом. Они относятся к астрономической истории и, может быть, когда-нибудь станут частью общей физики. Есть некоторые интересные свойства необратимости, которые мне хотелось бы проиллюстрировать.

Например, как именно работает необратимое устройство. Допустим, мы построили некий механизм, который точно работает лишь в одну. Скажем, я построю колесо с трещоткой, это храповик. Это просто зубчатое колесо, тут зубья. Так рисую не в ту сторону.

Ну ладно, а нет, всё верно. Вот так. И ещё зубец получается вот такой зубчатое колёсико с вот этими зубцами по всей окружности. И это колесо тут ось. Здесь у нас есть маленькая деталь, которая называется собачкой. Она крепится на основе и удерживается пружиной. Пружина залезает на колесо. Небольшая техническая проблемка: рисунок двухмерный.

А так она немного ниже. Итак, колёсико может вращаться лишь в одну сторону. Если вы попытаетесь повернуть его в другую, оно останавливается. Хотя, если поворачивать его в нужную сторону, будет так. Они используются в часах. Внутри стоит такая же штука, чтобы они заводились в одну сторону, и она держит пружину, заведённой. Теперь можно обсудить механизм необратим. То есть колесо вращается только в одну сторону. Этот механизм — это однонаправленное коси.

Здесь, чтобы показать очень полезную, очень интересную вещь. Молекулярное взаимодействие построено так, что молекулы, сталкиваясь, находятся в практически вечном движении. И если построить очень чуткий детектор, он будет всё время раскачиваться, реагируя на хаотичные столкновения с ним различных молекул. Мы су-умничай и добавим сюда вал, что сложно изобразить в трёх измерениях.

Он выходит вот так, к концу вала. Мы присоединим флюгер, ещё одно колёсико с четырьмя лопастями. Я опять напутал с углами, но в общем, если смотреть снизу, то выглядит вот так: с этими лопастями сталкиваются молекулы, допустим, вокруг какого-то газа, и молекулы всё врезаются в лопасти. Иногда с одной стороны, иногда с другой, но движение в эту сторону заблокировано, а в эту вполне возможно.

Поэтому в своём роде колёсико будет крутиться вечно. Такой вечный двигатель. И всё потому, что это колёсико необратимо. Давайте в механизм работает: так что, когда колёсико движется, оно поднимает собачку, и потом та падает на следующий зубец и отскакивает.

В идеально упругом механизме она начнёт отскакивать, запросто проскочить в другую сторону. Во время такого подскока оно не будет работать, если собачка не будет прилипать каждый раз, или если её под ВМ. Если у нас второй случай, то опять должно существовать трение. И в уменьшении этих подскользнулся, и наступит такой момент, когда собачка станет горячей настолько, что её начнёт трясти просто из-за внутреннего движения, и она опять начнёт подскакивать.

Колёсико опять может прокрутиться в любую сторону, и на самом деле механизм будет двигаться в обратном направлении. Если эта часть будет горячей, а эта — холодной, колёсико, которое может двигаться лишь вперёд, пойдёт назад из-за этих скачков. Собачка начнёт бить по наклонной поверхности зубца, проворачивая колёсико в противоположную сторону.

И опять, и опять. Таким образом, если нагреть эту часть больше этой, начнётся вращение в другую сторону. Какая связь температура этой части, допустим, её вообще нет?

Тогда, если собачка бьёт по зубцам, колёсико вращается, бьётся о собачку и отскакивает. Именно чтобы этого не произошло, мы добавили вал, глушитель и эти лопасти, и оно будет двигаться в одну сторону, но не в ту. И кажется, что как бы мы ни модифицировали этот дизайн, такое колёсико будет двигаться в эту сторону, если это теплее, и в другую, если теплее, но после всего теплообмена между двумя частями, когда всё закончится, оно не пойдёт ни туда, ни туда.

И, собственно говоря, это и есть суть, про необратимость. Пока его части не находятся в состоянии равновесия, пока одна часть движется меньше или холоднее, чем другая. Законы сохранения энергии могут позволить нам подумать, что энергия у нас сколько угодно. В природе она не исчезает и не появляется.

Однако, например, энергия моря, тепловое движение всех атомов моря, нам практически недоступно. Чтобы добыть эту энергию, перевести её в полезную нам форму, доступную для использования, нам необходимо какое-то место с кардинально другой температурой. Необходимо использовать разницу температур. Иначе обнаружится, что энергия есть, но нам от неё пользы нет.

Есть большая разница между наличием энергии и её доступностью. Энергия моря, например, имеется в очень большом наличии, но нам она недоступна. Думаю, можно провести аналогию, чтобы показать сложность её добычи. Закон сохранения энергии подразумевает, что количество стабильно, а за счёт колебаний внутри систем энергия может распределяться неравномерно.

Иногда бывает так, что её даже становится невозможно переместить или как-то контролировать. Не знаю, было ли у вас такое? У меня было. Вы идёте на пляж с полотенцами, подстилкой и всем таким, и вот вы сидите, и вам хорошо, и вдруг начинается жуткий дождь. Вы хватаетесь, мочит вас, настолько же, насколько вытирает. Берёте второе полотенце — с ним тоже самое. Вскоре вы обнаруживаете ужасное: все полотенца мокрые, и вы тоже. Вы берёте одно, другое, перебираете их, но сушки никак не стать.

Хотя полотенцев много, потому что в своём роде нет разницы между влажностью полотенца и вашей собственной. Можно изобрести какую-то единицу измерения, наом, скажем, степень удаления воды. Да, пусть будет лёгкость удаления воды у полотенца. Она такая же, как и у вас. И когда вы вытираете полотенце, к вам переходит столько же воды, сколько от вас к полотенцу.

Это не значит, что на вас и на полотенце одинаковый объём воды. А в большом полотенце будет больше воды, чем в маленьком, но у них одинаковая. И когда чего-то одинаковая, промокшую, ничего с ним больше не поделать. Вода, как энергия, и её количество не меняется в мире ограниченном. Понимаете?

Если вы можете выйти из-под навеса и просохнуть на солнце или найти ещё полотенце, то отлично, всё в порядке, вы спасены. Но в закрытом мире, где вы не можете никуда деться от этих полотенец и получить новый закрытый мир, с течением времени и случайных процессов энергия, как и вода, будет равномерно распределена между всеми объектами и не станет никаких направлений. И вообще ничего, что мы могли бы назвать интересным.

И в нашей ситуации, которая также ограничена, и в которой нет никаких внешних воздействий, температура постепенно сравняется, и колёсико перестанет двигаться куда бы то ни было. Характеризуется тем, что, если оставить эту систему на достаточно долгое время, происходит примерно то же, что с жидкостями в примере ранее. Энергия распределяется равномерно, и её никак нельзя использовать.

Так получилось, что явление, соответствующее промокшим в нашем примере, называется температурой. И хотя я говорю, что у двух объектов одинаковая температура, когда они находятся в энергетическом равновесии, это не значит, что количество энергии в них одинаково. Значит ли это, что добыть энергию из одного настолько же легко, насколько из другого?

Если приложить их друг к другу, вы ничего не увидите. Они обмениваются одинаковым количеством энергии, что даёт ноль при одинаковой температуре. Энергии, доступной для совершения действия, не остаётся. И принцип необратимости таков, что если несколько предметов разной температуры оставить на время, температура в них будет постепенно уравнивать, а доступность энергии бесконечно убывать.

Второй закон термодинамики. Формулировка не так важна. Можно сказать, что доступность энергии всегда убывает, и это свойство нашего мира в том смысле, что его причина — хаос. Беспорядочное молекулярное движение. Разница температур объектов, если их не трогать, будет убывать.

Но если у вас есть что-то одной температуры, например, вода на холодной плите, вода не замёрзнет, а плита не нагреется между горячей плитой и льдом. Таким образом, направленность процесса — это всегда потеря доступности энергии. Это всё, что я хотел сказать по этому вопросу.

Но хотелось бы также сделать несколько замечаний по поводу некоторых характеристик. В наших примерах очевидный эффект необратимости не является очевидным следствием закона. Эффект лежит довольно далеко от основополагающих законов. Чтобы понять его, необходим глубокий анализ, и этот эффект оказывает огромное влияние на всё: экономику мира, поведение мира, на очевидные вещи, мою память.

Мои характеристики, разница между прошлым и будущим проходит через это всё. Однако знание законов совсем не гарантирует понимание этой разницы. Необходим глубокий анализ. Часто бывает так, что законы физики отличаются или не имеют прямой видимой связи с нашим эмпирическим опытом.

Законы в той или иной мере от этого опыта абстрагированы, а явления — нет. Очень часто от характеристик и их законов до особенности самих явлений очень долгий путь. Например, если вы видите ледник и видите глыбы льда, падающие в море и всё такое, наверное, не обязательно помнить, что он состоит из маленьких шестиугольных кристалликов льда. И что они вообще шестиугольной формы.

И однако само наличие этих кристаллов, если понять его суть, является причиной движения этого ледника. Но чтобы понять это, нужно много времени. На самом деле никто не знает про лед столько, чтобы полностью понять его движение. Пока. Но мы надеемся, что, может быть, поняв снежинку, поймём и ледник. Но нужно больше, на самом деле.

Хотя в наших лекциях мы говорили об основах, я должен непременно сказать, что ни в каком случае знания основных физических законов не следует. Какое-либо понимание Чего угодно нужно время, и понимание всё равно будет лишь частичным.

Природа, на самом деле, по-видимому, устроена так, что самые важные вещи в нашем мире — сложные случайности и побочные эффекты множества законов. Например, ядра, ядерные частицы, протоны и нейтроны — очень сложные. У них есть то, что мы называем энергетическими уровнями. Они могут иметь разные значения энергии. Разные частицы имеют разные уровни, и найти значение энергии на соответствующем уровне — это очень сложная математическая задача, которую мы можем решить лишь частично.

И понимая, насколько это сложно, не удивляешься уже тому, что, например, азот со своими тью частицами имеет энергетический уровень 2,4 мегаэлектронвольт, ещё один — 7,1 и так далее. И это расположение, очевидно, результат процессов невероятной сложности. Очень интересной вещью является то, что вся наша Вселенная, как она есть, по сути зависит именно от одного уровня. В одном ядре, в ядре углерода-12, есть уровень 7,8 мегаэлектронвольт.

Высоко определяющий все явления в нашем мире. Суть в следующем: если начать мир с водорода, и кажется, в начале времён наш мир практически весь состоял из водорода. Когда атомы водорода сжимаются и нагреваются, происходят ядерные реакции, и образуется гелий. Потом гелий может лишь частично про взаимодействовать с водородом и образовать с ним несколько новых элементов, но они почти сразу распадаются до гелия.

Так что какое-то время было большой загадкой, откуда появились все остальные элементы. Потому что, если мы начнём мир с водорода, процессы внутри звёзд не сделают ничего, кроме гелия и, может быть, полудне других элементов. Столкнувшись с этой проблемой, профессор предложил выход. Он, кстати, здесь. Буду аккуратнее, если три атома гелия могут собраться вместе и образовать углерод, мы легко можем рассчитать, как часто это может происходить в звезде.

И как оказалось, что практически никогда. За одним исключением: если бы в углероде был энергетический уровень 7,82 мегаэлектронвольт, три атома гелия могли бы находиться в месте в среднем чуть дольше, чем если бы его не было. Этого чуть дольше хватило бы для чего-то ещё и образования других элементов. Если бы был такой энергетический уровень, можно было бы понять, как произошли все элементы во Вселенной.

Таким образом, это связано с фактом наличия в углероде определённого энергетического уровня. Но положение этого конкретного уровня с учётом известных нам физических законов является очень сложным результатом такого же сложного взаимодействия двенадцати других частиц.

Этим примером я хочу проиллюстрировать, что понимание физических законов не даёт нам понимания в плане понимания важности явлений в мире как таковых. Суть реального опыта часто слишком далека от фундаментальных законов. У нас в своём роде... У нас есть способ обсуждения мира, если это можно так назвать, и мы его обсуждаем на различных уровнях.

Я не беру здесь быть абсолютно точным. Уровней таких много, но я постараюсь описать набор идей одну за другой, раскрывая, что я имею в виду под иерархией идей. Например, у нас есть фундаментальные законы физики, затем поверх них мы придумываем другие термины и понятия, объяснение которых лежит, как мы считаем, в фундаментальных законах.

Например, тепло. Тепло — это просто быстрое движение частиц, и это просто слово. Горячее — это слово, обозначающее массу, южных атомов. Фундаментально это скачущие атомы. В горячем. Мы иногда забываем это, так же как и забываем о шестиугольных снежинках в леднике.

Ещё один пример. Кристалл соли, на фундаментальном уровне это просто набор протонов, нейтронов, электронов. Но у нас есть понятие кристалла, включающее целый набор фундаментальных взаимодействий, или концепции вроде давления. Уровнем выше по иерархии свойства веществ, показатель преломления. Как преломляется свет, проходя через вещество.

Поверхностное натяжение, то, как вода притягивается сама к себе — это выражается числами. Я подчеркну ещё раз, что на несколько уровней вниз вся суть во взаимодействии атомов. Но мы говорим: "поверхностное натяжение", как правило, этого достаточно, когда обсуждаем это натяжение в контексте каких-то внутренних процессов.

Ещё уровень выше. У нас есть вода, и у нас есть волны. У нас есть, например, шторм — одно слово, описывающее целую массу явлений. Солнечное пятно, звезда — всё это комбинации явлений. И не всегда практично разбирать их до первого уровня. Мы не можем, ведь чем дальше, тем больше шагов надо сделать, а каждый уровень не до конца продуман.

Мы поднимаемся всё выше в этой иерархии понятий. Мы начинаем рассматривать такие вещи, как туман или нервный лёд, который, как вы понимаете, невероятно сложные вещи в физическом мире, требующие крайне сложную организацию материи. И дальше — к таким вещам, словам и понятиям, как человек, история, политическая целесообразность и тому подобное. Эти понятия мы используем для понимания вещей на ещ более высоком уровне.

А ещё дальше — у нас зло, красота, надежда. Итак, вопрос: какой из этих уровней ближе к тому, что называется универсальным создателем? Или, используя религиозную метафору, что ближе к Богу: красота или надежда, или фундаментальные законы физики? Мне кажется, правильным тут, конечно, будет сказать, что все связи между всеми явлениями.

Вот на что стоит обратить внимание: все науки и все старания — не только научные, но вообще любые интеллектуальные старания — пытаются увидеть эту иерархическую связь. Объединить красоту с историей, историю с психологией человека, психологию с работой мозга, работу мозга с нервными импульсами, нервные импульсы с химией и так далее вверх и вниз, в обе стороны.

Сегодня мы не можем и не надо обманывать себя в обратном провести чёткую линию от одного конца к другому. На самом деле вообще только недавно разглядели эту иерархию. Поэтому я не думаю, что какой-то полюс ближе к богам и что стоять на одном полюсе, надеясь, что абсолютное понимание лежит лишь в одном направлении, — это ошибка.

Понимать лишь зло, красоту и надежду, либо понимать лишь фундаментальные законы физики и надеяться на глубокое понимание мира в целом — это большая ошибка. И вряд ли разумно человеку, стоящему на одном полюсе, и человеку, стоящему на другом, настолько игнорировать существование друг друга. Они не игнорируют, но люди так говорят. Уж простите.

Между полюсами существует множество людей своими действиями, шаг за шагом их объединяющих и постепенно расширяющих наше понимание мира. Как поляр — так смешанно, и мы постепенно понимаем эту связь, этот невероятный мир взаимосвязанных иерархий. Спасибо.

Переведено и озвучено студией Вертайдер.