Ричард Мюллер - Сейчас. Физика времени

Хаос наблюдается в движении планет, в закономерностях и аномалиях погоды, в динамике демографических процессов. Математическая теория хаоса показывает, что последствия небольших изменений могут экспоненциально возрастать со временем, по крайней мере на начальном этапе. Таким образом, оказывается, что для предсказания будущего необходима бесконечная точность. В результате хотя мы можем, как правило, предсказать погоду на несколько часов, а иногда и на несколько суток вперед, мы очень плохо угадываем ее на неделю или на месяц вперед.

Однако эффекты хаоса часто имеют предел; иногда в результате система просто переключается туда-сюда между двумя очень ограниченными вариантами поведения. Экспонента не продолжается бесконечно. Сколько бы бабочки ни махали крыльями, за весной всегда следует лето. Климатические изменения требуют более серьезных воздействий, чем движения бабочек, – например, смену орбиты Земли или выброс в атмосферу миллиардов тонн двуокиси углерода. И какие бы напыщенные речи ни произносил Ян Малкольм в «Парке Юрского периода», мы понятия не имеем, может ли в реальности взмах крыльев бабочки изменить поведение грозы. Его утверждение не наука, а всего лишь пустое разглагольствование.

Теория хаоса не отрицает ни причинности, ни детерминизма. Она означает лишь, что если мы хотим знать о происходящем в долгосрочной перспективе, нужно проводить измерения с чрезвычайной точностью. В этом хаос фундаментально отличается от неопределенности Гейзенберга. В квантовой физике принципиально невозможно узнать одномоментные точные значения положения и скорости. По существу, эти числа вообще не существуют до момента измерения.

Совместив теорию хаоса и квантовую неопределенность, мы приходим к выводу, что крохотная квантовая неопределенность может повлиять и на макроскопическое поведение. Возможно, даже моя свободная воля определяется какими-то квантовыми вариациями в нескольких атомах, которые пробиваются на самый верх в хаотической цепочке, попадают в мою нервную систему и запускают модель поведения, совершенно неожиданную и необъяснимую для друзей и родных, а порой и для меня самого.

К несчастью, в мире развлечений значение теории хаоса часто очень сильно преувеличивается. В реальных физических системах хаос, как правило, работает в довольно узких рамках. Орбита Земли меняется хаотично, но изменения эти очень малы; они не принимают чрезвычайных размеров, по крайней мере за миллиарды лет. Мы продолжаем летать вокруг Солнца по орбите, очень близкой к круговой (с точностью до нескольких процентов). Пока никому еще не удалось определить, действительно ли взмах крыла бабочки может запустить какой-нибудь крупный процесс или дело ограничится небольшими, локальными хаотическими процессами.

Фильм «Парк Юрского периода» полон преувеличений и неверных интерпретаций хаоса. (Роман несколько более разумен.) Малкольм предупреждает: «Понимаете, тираннозавр не подчиняется заранее установленным стандартам и не следует расписаниям; [его поведение – это] само олицетворение хаоса». Он с важным видом заявляет, что динозавров невозможно содержать в неволе, и утверждает, что подобный вывод следует из теории хаоса.

Это заявление – полная чепуха. Лучший контраргумент против преувеличений Малкольма принадлежит научному консультанту фильма палеонтологу Джеку Хорнеру. Он указывает, что проблемы с динозаврами, которых невозможно удержать, в фильме вызваны не неизбежностью их экспоненциально хаотичного поведения, а плохой организацией содержания этих животных. Львы, тигры и медведи редко вырываются из зоопарков; и нет ничего неизбежного в том, что из клеток и вольеров сбегают динозавры. Все неприятности можно было предотвратить, если бы герой фильма Джон Хэммонд, построивший парк, нанял специалиста по содержанию животных в зоопарке [197].

Ничего не может быть неприятнее для физика, чем наша полная неспособность определить, что подразумевается под измерением. Мы усмехаемся, когда рассказываем студентам про кота Шрёдингера, но в глубине души понимаем, что эта история не повод для смеха. Когда мы не в состоянии честно ответить на вопросы студентов про кота, то уходим от ответа; мы всего лишь следуем совету Фейнмана и избегаем думать об этом, опасаясь сойти с ума.

Существуют целые книги, отдельные главы, конференции и эссе, посвященные теории измерений. Google дает на этот запрос 239 миллионов ссылок; Bing – 17,8 миллиона. Эти результаты могут любого ввести в заблуждение и дать понять, что такая теория существует. Если порыться как следует, то обнаружится, что на самом деле в наличии только набор мыслей, многие из которых противоречат друг другу и ни одна из которых не привела до сих пор к удовлетворительному выводу.