Что происходит не случайно? [Veritasium]
То, что произойдет завтра, не случайно в том смысле, что это можно предсказать. Меня не на сто процентов, но некоторые вещи произойдут наверняка, а другие точно отличаться. Например, солнце поднимется, вода замерзнет при нуле градусов Цельсия. Вы не станете Майклом Стивенсом, это так, потому что вся вселенная состоит из 12 элементарных частиц, которые взаимодействуют четырьмя способами.
Что если бы я мог определить положение и скорость каждой частицы во вселенной? Я был бы тем умником, которого воображал Плохой. Он говорил, что если кто-то выяснит местонахождение и скорость всего во вселенной, то он узнает ее будущее, так как сможет предсказать все взаимодействия частиц. Во значит, все было бы предсказуемо, и ничего не было бы случайно. Даже поведение человека мы сделаем из тех же элементарных частиц, как и все в мире. Поэтому все, что мы делаем или уже сделали, определялось бы информацией о состоянии вселенной в конкретный момент времени.
Но что такое информация? По большому счету, это порядок. Порядок молекул ДНК содержит информацию, нужную для создания вашей копии. Порядок нулей и единиц, передаваемых через интернет, содержит информацию, нужную для воспроизведения этого видео. Порядок букв заставляет слова, а порядок слов составляет фразу, которая содержит информацию. Значит, в основе информации лежит порядок и систематичность.
Но задумайтесь, разве каждая буква в слове имеет одинаковое количество информации? Например, после "кью" почти наверняка идет "и", группе "юн" после "ти" речь вероятно "буль де". Эти узлы содержат очень мало информации, потому что вы можете предсказать их заранее. Они явно лишние. И правда, основатель теории информации Клод Шеннон лучше нам оценил точность английского языка в 75 процентов. Поэтому мы можем понять это. То есть английский можно сжать, потому что в нем есть закономерности.
Точно так же можно сжать видео: объедините в каждом кадре пиксели одинакового цвета и запишите только те пиксели, которые меняются от кадра к кадру, а вместо тех, что остаются, - нижний нож. Кстати, эта техника используется для создания жутковатого эффекта "дата motion". Это наложение данных и движения одного видео на пиксели другого. Также это означает, что обычное видео можно сжать до одной тысячной его первоначального размера.
Но что можно сжать больше всего? Все, что на миранду. Любые закономерности можно уменьшить, потому что они предсказуемы. Можно продолжать сжатие файла, пока не останется случайный набор данных. Это будет то же самое сообщение, но очищенное, чистая информация. Чистая информация - хаотичность. Если вы хотите знать, сколько информации в сообщении, узнаете, насколько она бессистемна. А бессистемность — это беспорядок. Мы назовем его "энтропия".
По сути, информация — это интропия. Взгляните на строку двоичного кода, например. Эта строка идеально упорядочена, у нее низкая энтропия, и она не содержит информации. Это состояние чистого жесткого диска. Теперь строка содержит чуть больше информации: закономерности позволяют ее сжать. Значит, строка, которая содержит максимум информации, это случайный набор нулей и единиц. В ней максимум энтропии, потому что она совершенно не упорядоченная.
Нельзя предсказать одну цифру, глядя на другую. Если вы хотите отправить кому-то эту информацию, вам придется послать всю строку целиком, потому что ее никак нельзя взять и сжать. Ну вот, еще кое-что про объекты с максимумом информации: для нас они не несут никакого смысла. Например, максимально информативное видео выглядит вот так: это просто белый шум. Цвет каждого пикселя не зависит от цвета других пикселей, и все они хаотично меняются. Это видео нельзя сжать, потому что оно совершенно беспорядочно. Также случайная цепь ДНК не создает организм, а случайный набор букв, как правило, не составляет слов.
На мне нравится не идеальный порядок с нулем информации и не абсолютный хаос с максимумом информации. Мы где-то посередине, в области сложных закономерностей. Здесь мы находим смысл в музыке, поэзии, в идеях. Пусть смысла заставляет нас предлагать научные теории, которые, если задуматься, есть лишь попытка сжать вселенную. Например, общая теория относительности, объясняющая гравитацию, сжимает в одно уравнение и падение яблока, и вращение луны вокруг земли, земли вокруг солнца, солнце вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики.
Это как образуются и ведут себя черные дыры и расширение вселенной после большого взрыва. С этой теорией мы можем предсказать будущее. Например, мы можем предсказать затмение на тысячу лет вперед, и так со всеми научными теориями. Значит ли это, что поведение вселенной не случайно? Мы можем его предсказать. Допустим, что Лапласу был прав, и что, зная состояние вселенной в один момент времени, мы так же знаем ее состояние в любой другой момент. Это означало бы, что количество информации во вселенной неизменно.
Но если информация — это интропия, значит, что энтропия тоже неизменна? А это не похоже на вселенную, в которой мы живем. Второй закон термодинамики гласит, что энтропия во вселенной увеличивается. То есть перемешано не может разделиться обратно. Но если энтропия растет, значит, растет и количество информации. Это правда, ведь нужно гораздо больше сведений, чтобы описать нынешнюю вселенную, чем вселенную сразу после большого взрыва.
Так откуда берется новая информация? Мой вариант — квантовая механика. Она описывает поведение 12 элементарных частиц, но это лишь теория вероятностей. Она утверждает, что нельзя абсолютно точно предсказать, где окажется электрон. И через некоторое время можно лишь вычислить места, где будет вероятность найти его. Когда мы вступаем во взаимодействия с электроном и находим его в конкретной точке, мы получаем информацию. Мы узнаем то, чего не могли предсказать заранее. Это сводило Эйнштейна с ума. "Бог не играет в кости", — говорил он по этому поводу.
Он хотел, чтобы квантовая механика сжалась до того, чтобы дать нам возможность вычислять, где будут находиться эти частицы. Вероятно, ему не удалось сжать квантовую механику, потому что в ее основе нет закономерности. С каждым новым квантовым событием она генерирует новую информацию. В таком случае квантовые измерения могут являться движущей силой энтропии. Они постоянно создают новую информацию, и это значит, что беспорядок во вселенной растет.
То есть второй закон термодинамики мы воспринимаем как проклятие. Словно все, что было упорядочено, превращается в беспорядок. Но только в мире квантовой физики люди действуют. Этот закон может произойти, что-то неожиданное, и будущее окажется непредсказуемым. Если мы хотим иметь свободу воли, нам нужен второй закон термодинамики. Вы можете думать, что эти квантовые события слишком малы, чтобы влиять на эволюцию смены, но это не так. Физические системы так зависимы от начальных условий, они чувствительны к любым изменениям, что даже самые незначительные из них меняют ход истории.
Это называется хаос или "эффект бабочки". Мы с вами являемся такими физическими и хаотичными системами, и наша свободная воля порождается квантовыми событиями в наших головах. Все выглядит так, как будто мы живем в мире, где будущее еще не предопределено. То есть будущее — это нечто случайное.
"Ха, какая вещь во вселенной наиболее случайная?" — хороший вопрос, Майкл. Он настолько хорош, что я решил обсудить его на весах. Может, пойдешь со мной, чтобы выяснить, что такое случайность? "Давай выясним". Хорошо. А вы решаете, кликнуть или нет. О, неплохо. И переведено и озвучено студией "Вверх Дайвер".