Проблема физической реальности сорок лет спустя (стр. 2 )

Часть из того, что Бриллюэн назвал «далеко идущими выводами», изложена в его статье «Термодинамика, статистика и информация»10. В ней физические выводы самого автора и других учёных, работавших в том же направлении, получили философско-методологическое обобщение в том плане, что понятие необратимых процессов было экстраполировано на процессы, сопровождаемые уменьшением энтропии. Уменьшение энтропии означает увеличение негэнтропии, а прирост негэнтропии соотносится, в свою очередь, с получением системой полезной для неё информации. (Конечно, здесь подразумеваются сложные целостные системы). Это положение подробно разбирается в разделе его статьи, озаглавленном «Мышление, создающее информацию». В этой статье Бриллюэн не ограничивается констатацией того общеизвестного факта, что существуют системы, эволюционирующие к устойчивым состояниям с минимальной негэнтропией, но обращает внимание на системы противоположного рода. Если посмотреть, скажем, на деятельность учёного или философа, отмечает он, то нетрудно убедиться, что в этой деятельности возникает новая информация: мышление создаёт отрицательную энтропию11. И поясняет: «Информация, черпаемая из прямых экспериментов, <…> эфемерна; мера её негэнтропии может быть установлена без особых трудов, потому что этот вид информации представляет только формулировку результатов сравнительно немногих измерений. Когда мы подходим к научным законам, возникает новый элемент: усилия размышления. Научный закон является не только выражением определённого количества опытных фактов; в этих законах отражается мышление учёного: отбор фактов, сравнение, фантазия, проблеск гения»12. Тут автор обращает внимание на функциональную ценность информации, на то обстоятельство, что она играет роль упорядочивающего фактора в создаваемых человеком технических системах, примером чему служит, скажем, паровая машина Карно.

Машины, технические системы, создаваемые человеком, суть внешние проявления информационной деятельности человеческого мозга. Но стандартная теория информации, разработанная тем же Л. Бриллюэном, затем К. Шенноном, Н. Винером, не даёт прямого ответа на вопрос о её сущности. Нам теперь представляется, что ответ на этот вопрос тесно связан с выяснением свойств отношения между физической и эстрафизической реальностью, о чём подробнее будет сказано ниже. Пока же достаточно констатировать, что физической предпосылкой информации служит энтропия/эктропия с учётом, естественно, того обстоятельства, что информация и её количество ставятся в зависимость от процесса выбора в ансамбле некоторых альтернатив. Технически осуществляемый процесс выбора превращается в информацию, когда он обретает определённый смысл, заимствуемый из области экстрафизической, или сверхчувственной, реальности.

В ретроспективе представляется, однако, что самый важный вопрос, поставленный в монографии и открывший перспективу дальнейших поисков в плане его уточнения и соответствующего ответа на него, есть вопрос о взаимоотношении пространства и физического вакуума. Сорок лет тому назад автору было ясно, что переход от пространственной структуры физической реальности к вакууму должен удовлетворять критерию предельного перехода в том смысле, как это принято оперировать этим понятием в математике (например, при рассмотрении фундаментальной последовательности рациональных чисел, сходящейся к пределу, представленномку иррациональным числом). Автор исходил из того представления, что различие между реальными и виртуальными частицами, которыми оперирует квантовая электродинамика, определяется тем, что для виртуальных частиц имеет место отклонение от релятивистского соотношения, описываемого формулой

(1)

При этом требовалось найти меру такого отклонения, точнее говоря, некоторый параметр, по величине которого можно было бы судить о степени отклонения от релятивистского инварианта (см. с. 221−224). К сожалению, тогда не было замечено, что роль такого параметра играет постоянная тонкой структуры (константа Зоммерфельда)

() (2)

А причиной данного промаха послужило следующее историческое обстоятельство. Постоянная тонкой структуры была открыта Арнольдом Зоммерфельдом в 1916 году. Она была введена им в качестве меры релятивистких поправок к рассматриваемому движению электрона по орбите вокруг ядра атома в той его модели, которая была предложена к тому времени Н. Бором (1913) (конкретно, рассматривались водородоподобные атомы химических элементов). Поскольку же наши поправки были прямо противоположны по смыслу зоммерфельдовским, то из-за этого и была упущена из виду константа Зоммерфельда. Пришлось обращаться к поискам решения вопроса на более глубоком, фундаментальном уровне.

Открытие было сделано четырнадцать лет спустя после публикации авторской монографии. Оно было подсказано статьёй Флоренского «Скважность», помещённой Флоренским в Технической энциклопедии13. С подробным анализом статьи и соответствующими выводами из неё читатель может познакомиться во второй части книги «Павел Флоренский. Штрихи творческой жизни»14. Кратко же суть дела выглядит так.

Скважность, записано в Технической энциклопедии, есть общее свойство твёрдых тел, выражающееся в существенном (не сводящемся к ошибкам измерения) неравенстве значений занимаемого ими объёма, если последний измеряется разными способами. «Под объёмом физического тела разумеют область непроницаемости, обусловленной присутствием этого тела; понятие об объёме без признака непроницаемости в отношении физического тела не может быть построено. Но признак непроницаемости соотносит понятие объёма с понятием о том конкретном факте, приёме, посредством которого устанавливаются границы области, непроницаемой для данного испытания. Прежде чем будет дано доказательство противного, в каждом частном случае нет оснований утверждать тождественность этих границ при разных приёмах испытания, то есть с помощью энергии в разных её видах»15.
Скважностью называется, таким образом, такая совокупность изъянов физического тела, которая выпадает из его сплошности. Свойства физического тела, указывает Флоренский, зависят не только от количественной пропорции того и другого, но и от объёма и формы отдельных скважин, от их топологических характеристик. «Скважность, − читаем мы далее, − принадлежит к числу наиболее глубоких характеристик физического тела, определяющих его свойства не только в количественном, но и в качественном отношении. При этом решающим здесь оказывается прежде всего топологическое строение скважин, а затем соотношение между собой геометрических размеров как скважин, так и целого тела. Геометрией скважин объясняются в весьма большом числе случаев физико-химические явления в физических телах, причём качественный характер этих явлений обусловлен топологией тех изъянов сплошности физического тела, которые в совокупности составляют его скважность, а количественный − их метрикой. В соответствии с указанными обстоятельствами, основания классификации скважин должны быть проводимы по топологическому характеру скважин, по их форме, по величине и числу»16.

Собственно наша эвристическая находка состояла в том, чтобы перенести понятие скважности физического тела на структуру пространства. То есть был поставлен вопрос: имеются в пространстве аналоги скважин в твёрдых телах, и если имеются, тогда что они собой представляют? Как известно, пространственная протяжённость теоретически отождествляется с континуумом, состоящим из несчётного множества точек, идентифицируемых, в свою очередь, с рациональными и иррациональными числами. Мощность континуума всегда такова, что её можно оценить любым из алефов на шкале конечных и трансфинитных чисел, лишь бы оставались промежутки (hiatus) между точками. Вот эти хиатусы мы и решили представить как скважины в пространстве. Чем оправдывается введение данного термина по отношению к пространству? − Тем, что слово скважина по смыслу своему передаёт идею не просто наличия дырок в пространстве, а именно скважин, из которых нечто извлекается или проистекает. Забегая несколько вперёд, скажем: вакуум действительно проявляет себя на поверхности пространства, воздействуя на расположенные в нём (микро)объекты. Двойственный характер структуры, присущей компаунду пространство + физический вакуум, позволяет сделать вывод, что пространство и физический вакуум находятся в отношении дополнительности друг к другу (в смысле идеи дополнительности Н. Бора).

Более строгий (в математическом плане) вывод того же содержания требует привлечения понятия топологического пространства. При рассмотрении одномерного (одномерного: для наглядности) топологического пространства выявляется тот факт, что существует два вида топологических пространств: отделимых (по Хаусдорфу) и неотделимых17. Отделимое пространство, обладающее свойством подразделения на части, есть пространство обычной протяжённости. Неотделимое топологическое пространство ассоциируется нами, естественно, с физическим вакуумом.

Поясним свойство неотделимости (топологического) пространства на одном, взятом из релятивистской квантовой физики, примере. Речь пойдёт о спине электрона. Спин, в отличие от многих других квантовых величин, обладает неожиданной спецификой. Если, скажем, такие квантовые величины, как координата и импульс микрочастицы, имеют классические аналоги, то спин такого аналога не имеет, хотя, казалось бы, им мог бы быть угловой момент вращения макроскопического тела. Однако, как пишет канадский философ Дж. Р. Браун, случай со спином ни на что известное не похож. «Электрон ни в каком смысле нельзя рассматривать как действительно вращающийся объект. Не существует системы отсчёта координат, в которой могло бы быть устранено вращение электрона»18.

Чтобы прояснить ситуацию, автор приводит такой пример. Допустим, что некий субъект стоит в центре карусели и вращается с некоторой угловой скоростью относительно земли. Он, конечно же, находится в покое относительно карусели, рассматриваемой в качестве системы отсчёта. Следовательно, он движется в одной системе отсчёта, но неподвижен в другой. «Однако для электрона не существует такой «карусельной» системы отсчёта. В любой системе, какова бы она ни была, он сохраняет своё вращение (spin). Именно поэтому спин называется «внутренним», поэтому о нём иногда говорят как о подлинном квантово-механическом свойстве, в отличие от других»19. В конце концов, Браун задаётся вопросом: если спин электрона не похож на вращение Земли вокруг своей оси, тогда что он такое?