Газета "Наш Мир" Сэр Роджер Пенроуз, математик, физик, профессор Оксфордского университета, друг и соавтор Стивена Хокинга, всю жизнь плывет против течения: все увлечены созданием искусственного интеллекта, а Пенроуз пишет книгу о том, почему это невозможно; все считают, что заглянуть за Большой взрыв нельзя, а он видит там целую Вселенную. В монументальном труде Пенроуза «Дорога к реальности» описаны сразу же все законы физики, причем половину из них ученый придумал сам – и к этому стоит относиться серьезно.На этой неделе Роджер Пенроуз прочитал в Москве несколько лекций и рассказал о своих самых необычных идеях.– Как вы стали ученым? – Мой отец имел отношение к науке, он был профессором, занимался генетикой, ее медицинским аспектом (Лионел Пенроуз – психиатр, специалист по медицинской генетике, одним из первых предпринявший попытку доказать генетическую обусловленность задержек в умственном развитии. – прим. Сергея Добрынина). Но кроме этого, отец обожал математику, особенно всякие загадки и игры, думаю, интерес к науке у меня именно от него.
Но я не сразу пошел по научному пути. Нас было три брата, и как раз старший должен был стать ученым, у младшего был большой талант к шахматам, позже он десять раз был чемпионом Британии. А мне предназначалось пойти по стопам родителей и стать врачом. И я хотел стать доктором, нейрохирургом, чтобы увидеть, как работает мозг. Но когда пришло время принимать решение, я понял, что закапывать математические способности, которые у меня проявились, нельзя.– А как вы физикой заинтересовались? – Физика возникла позже – я занимался чистой математикой, и пока был студентом, и потом, защитил диссертацию я тоже по математике. Но как раз после окончания университета я стал ходить на лекции великого физика Поля Дирака, так зародился мой интерес к физике, а потом благодаря лекциям Херманна Бонди я увлекся теорией относительности и космологией.– Занимаясь физикой и математикой, вы не забыли о детской мечте разобраться, как работает мозг. Одна из ваших смелых теорий: человеческое сознание связано с физическими процессами, которые имеют отношение к квантовой механике, но пока людям непонятны. Как вы к этому пришли? – Можно сказать, что и космология, и теория сознания вышли из моих хобби. Когда я был аспирантом-математиком, я ходил на лекции и по другим наукам. В основном это были лекции по физике, но кроме того, я посещал курс по математической логике. В то время все были уверены, что человек – это просто сложный компьютер, и я в общем тоже придерживался этой точки зрения. Но некоторые сомнения у меня появились уже тогда, в основном они были связаны с теоремой Гёделя, которая обсуждалась на лекциях: алгоритмические построения исчерпывают далеко не все. Я узнал про машины Тьюринга, про компьютеры, про программирование – в основном, конечно, чисто теоретически. Я узнал, что теорема Гёделя накладывает ограничения на то, что мы можем сделать при помощи алгоритмов, и отсюда возникла идея: есть что-то за пределами алгоритмических вычислений.– А какое к этому имеет отношение квантовая механика? – Про квантовую механику рассказывал Дирак, и из его лекций я понял, что внутри самой квантовой механики есть непонятные вещи, дыры, которые неизвестно, как закрыть. Автор основных уравнений квантовой механики Шредингер сам же предложил парадокс с котом: из его теории вытекало, что может быть одновременно живой и мертвый кот. Но в природе нам такие коты не встречаются. Тем самым Шредингер как бы сказал: «Мои уравнения очень хороши, но для физического описания всего мира их мало». И я совершенно с ним согласен: чего-то не хватает.И вот со временем у меня появилась идея, что как раз то, чего не хватает нам в физике для понимания устройства мира, может быть необходимо для понимания человеческого сознания. – И вы решили написать про это книгу?– Я думал про загадку сознания многие годы, а потом решил написать книгу – она называется «Новый ум короля». На самом деле идея с книгой возникла из того, что я понимал: мою точку зрения о природе сознания мало кто разделяет. Мне очень хотелось написать книгу про физику, объяснить ее людям в доступной форме. И вот я решил: всем будет интересно прочитать странные вещи про сознание, а я заодно смогу рассказать про физику. Загадка сознания меня очень волновала, и я надеялся, что как раз в процессе написания смогу ее разрешить. Но так и не смог. – И вопрос так и остался для вас открытым?– Вы знаете, я получаю очень много писем от всяких сумасшедших, они любят слать мне свои невероятные идеи, в основном завиральные. И вот однажды я получил письмо от анестезиолога Стюарта Хамероффа – оно сразу показалось мне дельным. Хамерофф, в отличие от большинства своих коллег, которые только и занимаются тем, что усыпляют людей, заинтересовался вопросом: что именно происходит с пациентом во время наркоза? Сознание человека угасает, а потом возвращается, но как? Хамерофф был уверен, что дело не в банальной химии, инертные газы, которые используют для наркоза, здесь ни при чем. И он предложил идею, что дело в микротрубочках, – это такие специальные части живых клеток, которые вообще-то есть не только у людей, но и у животных, и даже у деревьев. Но микротрубочки в клетках человеческого мозга особенные. Хамерофф прочитал мою книгу и написал мне: может быть, здесь ключ к разгадке?– И он там? – Пока я не могу на это ответить. Микротрубочки могут объяснить, как взаимодействуют между собой нейроны на самом глубоком уровне, и именно там, вполне возможно, начинаются квантовые эффекты.Вообще, в моем представлении о сознании важна даже не сама квантовая механика, а те ситуации, когда она перестает работать. Многие говорят: это безумие – считать, что квантовая механика имеет отношение к мозгу. На самом деле все еще невероятнее.– Сознание начинается там, где квантовая механика перестает работать? – Именно так. И здесь у нас просто нет теории, которая бы объяснила, что на самом деле происходит. Конечно, большая часть мозга не имеет к сознанию отношения. Вы идете по дороге, ваши мускулы работают сами – они управляются мозжечком, и вы даже не задумываетесь, как это происходит. Но в то же время вы способны на более сложные сознательные действия. Я допускаю, что мозжечок – это и правда что-то вроде компьютера, но сознание – намного более глубокая вещь, и я верю, что физиологически оно связано с процессами, происходящими в микротрубочках, как предположил Хамерофф.– Как могут выглядеть эти процессы? – Я не могу точно описать, как это устроено, но я думаю, все происходит в тех местах, где соединяются нейроны, – в синапсах. Группа микротрубочек оказывается, грубо говоря, в положении кота, живого и мертвого одновременно. Здесь пролегает граница между квантовой и классической механикой: последняя работает на очень маленьких масштабах, а первая – на обычных, привычных для нас. Но существуют уже классические, но еще очень маленькие размеры, когда квантовая механика еще работает, – такие эксперименты, между прочим, уже ставятся.– За последнее время появились какие-то новости про микротрубочки, сознание и квантовую механику? – Да, и это стало для меня большим и приятным сюрпризом. Несколько лет назад я наткнулся на исследования индийского физика, который как раз изучает электрические свойства микротрубочек. Обнаружились удивительные эффекты, которые классической механикой объяснить невозможно, – это точно что-то квантовое.Я думаю, еще несколько лет – и в понимании природы сознания будет большой прорыв. – Вас интересуют ответы на самые загадочные вопросы: что такое сознание и что было до Большого взрыва. Расскажите о вашей концепции, что наша Вселенная – не первая и не последняя. Как это выглядит?– Это достаточно свежая концепция, ей семь или восемь лет, но она основана на идеях, над которыми я думал многие годы. Меня давно занимал парадокс, о котором космологи почему-то говорить не любят. Есть второй закон термодинамики: со временем все в мире становится менее упорядоченным, более случайным, то есть энтропия – мера беспорядка – увеличивается. И если вы станете смотреть все дальше в прошлое, вы должны видеть все больше порядка. То есть во время Большого взрыва и вскоре после него Вселенная должна была быть очень хорошо структурирована. Но так называемое реликтовое излучение – картина ранней Вселенной, которую мы можем наблюдать и даже фотографировать, – говорит об обратном. Оно почти совершенно беспорядочно, его энтропия очень велика. – И в чем же дело?– Дело в том, что на картинке реликтового излучения мы видим не все. Она говорит нам об излучении и материи, которые были после Большого взрыва, и они были устроены очень хаотично. Но на самом деле порядок был – за него отвечала гравитация, энергия, существующая в виде гравитационных волн, которые предсказывает теория Эйнштейна. Мой ученик, а теперь и коллега, Поль Тодд предположил – это чисто теоретическое, математическое рассуждение, – что для того, чтобы такая картина в юной Вселенной сложилась, нужно расширить ее историю за пределы Большого взрыва, предположить, что что-то было и раньше.И смотрите, наша Вселенная постоянно расширяется. Если посмотреть на устройство мира, на пространство – время с точки зрения конформной геометрии, математической теории, в которой имеют значение не расстояния, а углы, бесконечно расширившаяся Вселенная выглядит точно так же, как во время Большого взрыва. И если теперь эти две идеи объединить, получается: то, что нам казалось историей нашего мира, которая начинается с Большого взрыва и дальше продолжается до бесконечности, – это на самом деле только один этап, эон, как я это называю. До нашего эона был другой эон, его бесконечность стала Большим взрывом нашего эона. А когда наш эон расширится до бесконечности, это станет Большим взрывом следующего эона. И так далее. В конечном счете, Вселенная – в широком смысле – не меняется, она проходит через циклы: Большой взрыв – расширение – Большой взрыв и так далее. – Вы говорите, что в Большой взрыв превращается бесконечность. То есть наш эон просуществует бесконечно долго?– Понимаете, в нашем мире есть материя, обладающая массой. И пока она у нас есть, мы можем сделать часы. Уравнение Эйнштейна и уравнение Планка связывают массу частицы с частотой ее колебания, а значит, каждая имеющая массу частица – например электрон – это маленькие и очень точные часики. Но если во Вселенной не останется массы, если все превратится в фотоны, в свет, то никаких часов не будет. Фотоны не чувствуют времени, его просто не будет. – Погодите, значит, когда-то в нашей Вселенной не станет массы, и это будет похоже на момент Большого взрыва. Значит, и тогда во Вселенной массы не было?– Да, энергия была так велика, что массы не было. Вот сейчас на коллайдере нашли бозон Хиггса. Для этого использовали настолько высокую энергию, что почти дошли до уровня, где масса только-только появляется. И за это как раз и отвечает бозон Хиггса – масса возникает при помощи так называемого хиггсовского механизма. Во время Большого взрыва температура была, конечно, намного больше, чем в коллайдере, и тогда не было частиц с массой – только когда все стало остывать, они начали появляться за счет хиггсовского механизма. Это вполне общепринятая теория. А вот идея, что и в далеком будущем в мире не останется массы, – это уже мое предположение, не все его разделяют. Электроны, протоны, позитроны – со временем все они растворятся, это произойдет посредством чего-то вроде хиггсовского механизма, запущенного наоборот, и после этого наш эон соединится со следующим. – А вот это тотальное похудание Вселенной – оно произойдет в какой-то ограниченный срок?– Для начала, конечно, должны исчезнуть черные дыры. По теории, предложенной Хокингом, все черные дыры рано или поздно испарятся. Когда я говорю «рано или поздно», я имею в виду – очень и очень нескоро. Есть очень большие черные дыры, как те, которые лежат в центрах галактик. Например, та, которая в центре нашей галактики, в четыре миллиона раз тяжелее Солнца. А есть и еще намного более тяжелые. Они исчезнут только после того, как температура Вселенной станет ниже их температуры. Вселенная расширяется, она становится все холоднее, и когда черные дыры окажутся горячее окружающего космоса, они начнут излучать и становиться все меньше и меньше, пока совсем не пропадут.Знаете, есть такое слово, его не совсем любят ученые – гугол. Оно означает единицу со ста нулями. Вот примерно столько лет должно пройти: 10 в сотой степени лет – и черные дыры исчезнут. Так что время у нас определенно есть. – То есть сначала гигантские черные дыры поглотят остальную материю, а потом исчезнут сами?– Не совсем, только часть материи будет съедена черными дырами, остальное будет летать вокруг и терять массу под воздействием механизма, обратного к хиггсовскому. Эту идею не все разделяют, но для моей космологической модели необходимо сделать такое предположение. – Итак, через гугол лет или позже в нашем мире не останется массы – будет один только свет, и тогда наш эон перейдет в следующий, правильно?– Да, примерно так. Это, конечно, в достаточной степени умозрительная картина, но удивительным образом некоторые наблюдения ее подтверждают. – Невероятно, ведь большинство общепризнанных космологических моделей говорят, что мы в принципе не можем узнать, что было до Большого взрыва, и было ли вообще.– Математика нашей модели, уравнения, которые у нас получаются, говорят, что некоторые сигналы способны проникнуть из одного эона в другой, причем это не философия – эти сигналы можно реально зафиксировать. Вот какое можно представить себе невероятно мощное событие в космосе, чтобы след от него мог попасть даже в следующий эон? Столкновение двух сверхмассивных черных дыр. Например, в центре нашей галактики – черная дыра в четыре миллиона раз тяжелее Солнца. В центре Туманности Андромеды – тоже черная дыра, еще более тяжелая. Мы с Туманностью Андромеды сближаемся, и когда-нибудь, конечно, очень нескоро, столкнемся.Может быть, черные дыры промахнутся друг мимо друга, но может быть, окажутся настолько близко, что захватят друг друга гравитацией, и начнется процесс взаимного поглощения. Это страшный, яростный процесс. Выделится невероятное количество энергии, в основном в виде гравитационных волн. И этот энергетический всплеск способен преодолеть границу между мирами, попасть из эона в эон. Уравнения устроены так, что во время этого перехода гравитационные возмущения в старом эоне перейдут в возмущения темной материи нового – и много позже будут видны в реликтовом излучении. – Как это будет выглядеть?– Эти возмущения должны быть похожи на кольца, на очень много колец. Как расходящиеся круги на пруду во время дождя. Чем больше кругов, тем меньше они заметны, кажется, что волны на поверхности водоема хаотичны, в них нет никакой структуры. Но если знать, что ищешь, эти круги можно увидеть. – Мы умеем фотографировать реликтовое излучение, буквально в конце марта появилась очередная, уточненная карта ранней Вселенной, сделанная спутником «Планк». Неужели на ней видны следы катастроф предыдущего эона?– Мой коллега Ваха Гурзадян из Армении нашел способ искать концентрические структуры на картах реликтового излучения, сделанных еще раньше другим спутником WMAP. Его подход был слишком оригинальным, в него мало кто верил, но мы продолжили работу, и буквально несколько недель назад в Европейском физическом журнале была опубликована наша последняя статья, в которой мы доказываем, что кольцеобразные структуры в реликтовом излучении действительно есть. И они выглядят ровно так, как мы и предсказывали, – так должны выглядеть следы столкновений черных дыр в предыдущем эоне. Конечно, теперь нужно внимательно посмотреть на новые, более подробные данные, полученные «Планком», но я не сомневаюсь, что там будут те же самые круги. Конечно, для них может найтись и другое объяснение, это еще не доказательство того, что наша теория верна, но это знак, что к ней нужно относиться серьезно. – Мы с вами говорим о событиях очень далекого будущего и очень далекого прошлого, но давайте вернемся в настоящее. О чем сейчас нужно больше всего волноваться человечеству, чтобы прожить если не гугол лет, то хотя бы подольше?– Что ж, есть две вещи, одна – очевидная, другая – еще более очевидная, но про нее почему-то меньше говорят. Очевидная вещь, про которую говорят довольно много, – глобальное потепление. Это очень серьезная проблема. Ну например, глобальное потепление связано с энергетическими ресурсами. Люди находят новые месторождения нефти и радуются, но это вообще-то делает ситуацию с глобальным потеплением еще более сложной. А есть ведь альтернатива – термоядерный синтез. Мы все знаем про Фукусиму, про проблемы, с которыми связана атомная энергетика: отходы, например, недостаток топлива и все такое, но для термоядерного синтеза этих проблем нет: почти никаких отходов, а топливо – это просто вода из моря. Вот этим бы стоило всерьез заняться, а делается мало. Строится реактор во Франции, но он будет только лишь научным экспериментом. Мы должны понять, что находимся на самом деле на военном положении, мы должны бросить все наши силы на это, как во время войны все силы бросают на изготовление бомб – мы все силы должны вкладывать в создание термоядерной энергетики.А все на это смотрят как на какую-то второстепенную вещь. – А вторая проблема, как вы сказали, еще более очевидная?– О второй проблеме как раз говорят мало, потому что она эмоционально сложная. Это перенаселение. Это даже более серьезная опасность, даже не из-за еды и воды – по самым разным причинам. Вот об этих двух проблемах нам нужно волноваться, это первое, что приходит в голову. – На ваших глазах прошла эволюция компьютеров, возник и стал играть огромную роль интернет. Как это повлияло на людей?– Давайте возьмем хотя бы науку. Если говорить об интернете, здесь есть и плюсы, и минусы. Плюс – это, конечно, доступность информации. Задаете вопрос – и вот, пожалуйста, ответ. Но есть другая сторона. Модные идеи, тренды становятся преувеличенными. Вот, например, что со мной самим бывало, – вы что-то ищете в интернете, находите без труда, и думаете: не буду сейчас читать, отложу на потом. Ищете то же самое через месяц, а найти уже не можете. Это никуда не делось, просто изменился тренд, и поменялись все смыслы, все связи, все ссылки. И найти уже ничего не получается. Ну, то есть получится, если вы поупорнее меня... Но вот это преувеличение значения трендов, по-моему, очень опасно. В зону вашего внимания попадают только модные идеи, а все остальные вы просто не замечаете. – А что скажете про компьютеры?– Опять же с точки зрения ученого плюсов очень много: вы можете делать сложнейшие вычисления, причем очень быстро, проверять новые теории. С другой стороны, когда вы перестаете сами делать вычисления, когда вы перестаете работать руками, вы понимаете все намного более поверхностно. Я сужу по своим студентам: они просто разучились считать. Они говорят: «О, это сложно, запущу-ка в компьютер». Ну, хорошо, конечно, но это соблазн – использовать машину вместо того, чтобы самому разобраться, добраться до самой сути. Так можно потерять очень важный инстинкт, глубокое понимание. – А вы сами гаджетами пользуетесь?– Нет, зато их любит мой 12-летний сын. Гаджеты для меня слишком часто меняются: только привыкнешь к одному, а надо уже другой осваивать – тяжеловато в моем возрасте (Роджеру Пенроузу 81 год. – прим. С.Д.). – А интернетом?Пользуюсь, конечно, хотя и не люблю. Вот знаете, на моей странице в «Википедии» кто-то однажды написал, что я держал дома живого пингвина. Это, конечно, неправда. Я сначала даже злился, но это скоро удалили. А теперь я смотрю: про меня столько чуши пишут, в том числе на моей же странице в «Википедии», что лучше бы про пингвина оставалось. – Ну, вы всю жизнь плывете против течения, наверное, привлекаете к себе много чудаков?– Львиная доля моей корреспонденции – письма, в которых люди хотят поделиться со мной собственными идеями. Разброс очень большой: некоторые идеи попросту сумасшедшие, я на них не обращаю внимания. Некоторые – туда-сюда, в них есть кое-что разумное, ну, просто их авторы не всегда так уж хорошо образованы, им кажется, что они что-то такое открыли, а на самом деле в этом нет ничего нового. Но изредка бывают и настоящие бриллианты: совершенно новые и важные мысли. Я получал такие несколько раз, вот Хамерофф – один из примеров. Ты думаешь: ничего себе, это ведь здорово по-настоящему! Это одна, хорошая сторона. А есть и не очень хорошая. Есть люди, которые, скажем так, имеют не совсем традиционный ход мыслей, и вот они думают: Роджер – тоже ученый не совсем традиционный. Наверняка, ему будут интересны мои идеи, нам, чудакам, нужно держаться вместе. Ну и тут я думаю: упс, это, кажется, не просто чудак, а немного слишком чудаковатый чудак. В общем, бывают сложности.– Ваши идеи некоторые и вовсе считают безумными. Впрочем, разве не за счет безумных идей идет вперед наука? Пожалуй. Безумие – это иногда здорово. Потому что то, что происходит в природе, в устройстве мира – настоящее безумие. Квантовая механика – полнейшее безумие, но она работает. Потому что Вселенная не в своем уме. Ее нормальный человек понять не способен – возьмите хотя бы космологию: время, пространство, Большой взрыв. Вот ты придумал идею – вроде она достаточно безумная, чтобы подойти этому безумному миру. А потом понимаешь, что мир еще безумнее, чем тебе казалось, и нужно придумать еще одну, более безумную идею, чтобы в нем разобраться. Примерно так и устроена наука.Сергей Добрынин
|
