Veľké malé a ľudská myseľ

Aktuálna strana: 1 (kniha má celkovo 12 strán)

Roger Penrose, Abner Shimoni, Nancy Cartwright, Stephen Hawking
Veľký, malý a ľudská myseľ

Originálne, bystré a provokatívne myšlienky Rogera Penrosa týkajúce sa procesov prebiehajúcich v gigantickom svete Vesmíru, v mikrosvete kvantovej fyziky a v ľudskom mozgu sa viac ako raz stali predmetom búrlivých sporov a diskusií. Niektoré z týchto myšlienok už čitatelia poznajú z jeho predchádzajúcich kníh: Cisárova nová myseľ(„Nová myseľ kráľa“) a Tiene mysle("Tiene mysle"). Penrose ich v tejto knihe sumarizuje a ďalej rozvíja a tiež podáva výborný prehľad o mnohých nevyriešených problémoch modernej fyziky. Penroseove radikálne koncepcie poskytujú nový pohľad na fungovanie mozgu a povahu ľudského vedomia.

Traja vedci z rôznych vedných odborov vstúpili v tejto knihe do polemiky s autorom - slávnych odborníkov vo filozofii vedy od Abnera Shimoniho a Nancy Cartwrightovej, ako aj od slávneho teoretického fyzika a astrofyzika Stephena Hawkinga. V poslednej kapitole knihy Roger Penrose, pokračujúc v tejto mimoriadne zaujímavej diskusii, odpovedá svojim oponentom. Čitateľ dostane možnosť zoznámiť sa s vlastným, veľmi neštandardným (niekedy až vtipným) pohľadom najväčšieho teoretického fyzika na najdôležitejšie problémy moderná veda.

Cambridge University Press vďačí za mnohé spolupráci prezidenta a členov Clare Hall, Cambridge, pod záštitou ktorých sa v roku 1995 konali Tennerove prednášky o ľudských hodnotách, z ktorých vznikla táto kniha.

O autoroch

ROGER PENROSE Profesor roseballu 1
Poznámka vyd.

Profesor matematiky na Oxfordskej univerzite

ABNER SHIMONI Emeritný profesor filozofie a fyziky, Bostonská univerzita NANCY CARTWRIGHT profesor filozofie, logiky a vedy, London School of Economics and Politics (LSE)

STEPHEN HAWKING Lucasiánsky profesor 1
Profesori na katedrách založených na počesť Rose Ballovej a Lucasa. Česť obsadzovať „menované“ oddelenia sa udeľuje iba vynikajúcim vedcom. Napríklad Newton a Dirac boli profesormi na Lucasianovej katedre. – Poznámka vyd.

Cambridgeská univerzita

Požičané kresby

Cisárova nová myseľ, R. Penrose, 1989. Oxford: Oxford University Press. 1,6, 1,8, 1,11, 1,12, 1,13, 1,16 (a), (b) a (c), 1,18, 1,19, 1,24, 1,25, 1,26, 1,28 (a) a (b), 1,29, 2,2,2,30, a), 3,20.

Tiene mysle, R. Penrose, 1994. Oxford: Oxford University Press. 1,14, 2,3, 2,4, 2,5 (b), 2,6, 2,7, 2,19, 2,20, 3,7, 3,8, 3,10, 3,11, 3.12, 3.13, 3.14, 3.16, 3.17, 3.18

Vysokoenergetická astrofyzika, zväzok 2, M. S. Longair, 1994. Cambridge: Cambridge University Press. 1,15, 1,22.

Predslov prekladateľa

Zložitosť a rôznorodosť otázok, o ktorých sa v knihe R. Penrose hovorí, si vyžaduje, aby sme jej preklad predostreli aspoň veľmi stručnými poznámkami. Po prvé, ako sám autor presvedčivo dokazuje, kvantová mechanika má ďaleko nielen od úplnosti, ale ani od jednotného metodologického prístupu. Počas desaťročí diskusií o princípoch kvantovej fyziky sa nahromadilo obrovské množstvo literatúry o mnohých zvažovaných otázkach (napríklad o Schrödingerovej slávnej mačke už boli napísané celé knižnice). V tomto obludnom množstve informácií, filozofické, metodologické a vedecké rozpory prirodzene dávno prerástli (alebo sa zvrhli) na lingvistické a terminologické. Čitateľ si môže urobiť predstavu aktuálny stav otázka k článku M. B. Menského „Kvantová mechanika: nové experimenty, nové aplikácie a nové formulácie starých otázok“ (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, Vol. 170, č. 6, 2000, s. 631) a diskusia, ktorú vyvolal (UFN, 2001, č. 4, str. 437-462, roč.

Osobitné ťažkosti vznikajú pri preklade častí súvisiacich s hypotézou, ktorú navrhol R. Penrose o kvantovej povahe ľudského vedomia. Pojmy súvisiace s psychológiou (napríklad ruština duša, myšlienka, vedomie, uvedomenie alebo anglicky myseľ, vedomie, vedomie), sú nielen slabo definované a vágne (v porovnaní s fyzickými), ale aj oveľa menej prístupné prekladu (napríklad koncept, ktorý široko používa Penrose inteligenciu nemá prakticky žiadny jednoznačný ruský výklad).

Tieto okolnosti značne komplikujú preklad útlej knižky, no prekladateľ a redaktor stále dúfajú, že sa im podarilo zachovať pôvodný a voľný štýl autora a pomerne presne sprostredkovať zložitý priebeh jeho úvah.

A. V. Chachojan

Predslov. Malcolm Longair

Za posledné desaťročie sa objavilo mnoho kníh, v ktorých sa vynikajúci vedci našej doby snažia vysvetliť širokému čitateľovi podstatu a výnimočný záujem svojho výskumu v rôznych oblastiach poznania. Najznámejšími z nich boli slávni „ Stručná história Time“ od Stephena Hawkinga (ktorý bol takým úžasným úspechom, že jeho vydanie sa stalo pozoruhodným fenoménom v dejinách svetovej populárno-vedeckej literatúry), kniha Jamesa Gleicka „Chaos“ (ktorá úspešne ukázala, že najkomplexnejší vedecký výskum je niekedy ako vzrušujúce detektívny príbeh) a „Sny o konečnej teórii“ od Stevena Weinberga, vďaka čomu sú najnovšie pokroky v časticovej fyzike zrozumiteľné a zaujímavé.

Aj medzi takými slávnych diel Predchádzajúca kniha Rogera Penrosa The New Mind of the King (1989) vyniká svojou originalitou. Zatiaľ čo iní autori sa zvyčajne snažia jednoducho sprostredkovať zmysel a význam výdobytkov modernej vedy, Roger riskoval, že čitateľom ponúkne úplne novú, miestami ohromujúcu možnosť existencie akejsi (ešte nie úplne sformulovanej) teórie základných procesov, ktorá umožňuje spájať takmer nesúvisiace s priateľom, teórie súvisiace so širokou škálou vied (fyzika, matematika, biológia, neurofyziológia a dokonca aj filozofia). Nie je prekvapujúce, že kniha „The New Mind of the King“ vyvolala búrlivé kontroverzie, v dôsledku čoho musel autor v roku 1994 vydať knihu „Shadows of the Mind“, v ktorej sa snažil nielen odpovedať na svoje mnohé kritikov, ale aj ďalej rozvíjať navrhované myšlienky. V roku 1995 bol R. Penrose pozvaný, aby predniesol slávne Tennerove prednášky, kde prezentoval všeobecný prehľad o svojej koncepcii a vyzval na diskusiu svojich najznámejších oponentov Abnera Shimoniho, Nancy Cartwrightovú a Stephena Hawkinga. Tri prednášky cyklu tvorili prvé tri kapitoly čitateľovi ponúkanej knihy, ktoré obsahovali stručný úvod do okruhu myšlienok, ktoré autor podrobne rozpracoval v uvedených knihách. Ďalšie tri kapitoly (4–6) obsahujú argumenty spomínaných diskutujúcich a v záverečnej kapitole 7 Penrose komentuje prijaté pripomienky a sumarizuje výsledky diskusie.

V skutočnosti sú časti, ktoré napísal Penrose, dosť výrečné, a preto je môj predhovor určený len na to, aby pripravil čitateľa na diskusiu o niektorých pomerne zložitých problémoch modernej vedy, o ktorých sa hovorí nižšie. R. Penrose je považovaný za jedného z najbrilantnejších matematikov súčasnosti, no jeho výskum mal vždy veľmi prísne fyzikálne opodstatnenie. Medzinárodné uznanie a slávu získal za svoje úspechy v astrofyzike a kozmológii súvisiace s relativistickou teóriou gravitácie, z ktorých mnohé boli realizované spoločne so Stephenom Hawkingom. Jedna z teorém, ktorú v tejto oblasti sformuloval, dokazuje, že (v súlade s klasickou relativistickou teóriou gravitácie) fyzikálne singularity časopriestoru vznikajú vo vnútri takzvaných čiernych dier, t.j. v niektorých bodoch sa zakrivenie priestoru (alebo podľa toho hustota hmoty) nekonečne zväčšuje. Druhá veta o „nekonečne“ tvrdí, že klasická relativistická teória gravitácie nevyhnutne vedie k singularitám tohto typu v kozmologických modeloch spojených s Veľkým treskom. Tieto teorémy ukazujú, že teórie, ktoré používame, sú stále veľmi ďaleko od dokončenia, pretože takéto singularity by nemali vznikať v uzavretých a vyspelých fyzikálnych konštrukciách.

Tieto práce predstavujú len časť rozsiahleho príspevku R. Penrosa do rôznych odvetví fyziky a matematiky. Fyzici poznajú Penrosov proces (pri ktorom častice absorbujú rotačnú energiu v čiernych dierach) a vo veľkej miere využívajú diagramy, ktoré vytvoril na opis správania hmoty v blízkosti čiernych dier. Krásnu geometriu (chvíľami pripomínajúcu maľbu) mnohých takýchto javov názorne prezentuje sám autor v prvých troch kapitolách knihy. Niektoré aspekty uvažovaných problémov sú už verejnosti dobre známe z „nemožných“ stavieb a obrazov slávneho umelca Mauricea Eschera a takzvaných „mozaík“ samotného Penrosa. Je zaujímavé, že M. Escher bol inšpirovaný k vytvoreniu niektorých rytín (konkrétne tých, ktoré sa pokúšajú zobraziť „nemožné“) jedným z článkov napísaných R. Penrosom a jeho otcom L. S. Penrosom. V kap. 1, Penroseove hyperbolické geometrické konštrukcie ilustruje slávna séria rytín M. Eschera „Limit Circles“. V tejto súvislosti nemožno nespomenúť „mozaiky“ alebo „dlaždice“, ktoré vytvoril sám Penrose, ktoré umožňujú úplne pokryť nekonečnú rovinu malým počtom odrôd jednoduchých geometrické tvary daného typu. Hlavná a najzaujímavejšia matematická stránka problému je, že vzorec, ktorý nám umožňuje vyriešiť tento problém, sa neopakuje. Tento geometrický problém sa neočakávane objavuje v kap. 3 knihy v súvislosti so schopnosťou definovať rigorózne výpočtové operácie pre počítače.

Penrosovi sa podarilo nielen vyvinúť množstvo brilantných matematických prístupov, ale ich aj úspešne aplikovať na riešenie najzložitejších špecifických problémov modernej fyziky. Otázky, ktoré považuje, sa vždy ukážu ako veľmi dôležité a zaujímavé. Teraz sú fyzici presvedčení, že teória veľkého tresku nám poskytuje pomerne presný obraz o pôvode vesmíru, ale stále nie je ani zďaleka úplný a ešte nepoznáme mnohé zo základných zákonov, ktoré určujú jeho hlavné črty od r. jednu tisícinu sekundy po narodení až po súčasnosť. Na rekreáciu úplný obrázok ešte musíme určiť počiatočné podmienky, ale všetky nám známe fyzikálne zákony platia len pre dosť „starý“ Vesmír, ktorého vek presahuje spomínanú hranicu tisíciny sekundy. Preto stále musíme inteligentne extrapolovať vzorce, ktoré poznáme. Už máme celkom dobrú predstavu o požadovaných počiatočných podmienkach, ale vieme veľmi málo o príčinách, ktoré ich vedú, a tento problém zostáva ústredným prvkom celej modernej kozmológie.

V kozmológii sa zvyčajne používa model nafukovacieho (inflačného) vesmíru, avšak aj v tomto modeli je na popísanie niektorých čŕt procesu potrebné zaviesť parametre charakteristické pre ranú, takzvanú Planckovu epochu vývoja. vesmíru (10 -43 s), keď v tomto výnimočne krátke obdobie stalo významné udalosti, ktorého dôsledky sa moderná veda snaží opísať.

Roger Penrose, ktorý akceptuje všeobecne známy obraz Veľkého tresku, opúšťa inflačný model a naznačuje, že vývoj vesmíru bol vo veľmi ranom štádiu určovaný fyzikálnymi zákonmi, ktoré sú nám stále neznáme, spojené s kvantovou teóriou gravitácie. Domnieva sa, že početné pokusy o zostavenie takejto teórie boli neúspešné práve preto, že úloha bola nesprávne teoreticky položená. Jeho argumenty sa týkajú predovšetkým problému určovania entropie vesmíru, považovaného za jeden objekt. Keďže entropia (veľmi zjednodušene stupeň neusporiadanosti systému) sa časom zvyšuje, vesmír musel vzniknúť z veľmi usporiadaného stavu s veľmi nízkou entropiou. Pravdepodobnosť, že takýto stav nastane náhodou, je mizivo malá, v dôsledku čoho Penrose navrhol, že problém možno vyriešiť iba v rámci exaktnej teórie kvantovej gravitácie.

V kap. 2 sa zvažuje bežné problémy kvantizácia a kvantová fyzika, ktorá sa (spolu s jej relativistickým zovšeobecnením – kvantovou teóriou poľa) už dlho veľmi úspešne používa na popis vlastností jednotlivých atómov a častíc, ako aj na vysvetlenie experimentálnych výsledkov v jadrovej fyzike. Avšak iba v posledné roky začali sme chápať hlboký fyzikálny význam tejto teórie. Penrose dokázal brilantne demonštrovať, že jeho vnútorná štruktúra obsahuje veľmi zložité (intuitívne neočividné) myšlienky, ktoré nemajú v klasickej mechanike obdoby. Napríklad nelokálnosť znamená, že keď vznikne pár častica-antičastica, každá z nich si uchová „pamäť“ procesu zrodu v tom zmysle, že tieto častice nemožno považovať za úplne nezávislé jedna od druhej. Roger to vysvetľuje tým, že „kvantové zapletenie objektov predstavuje úžasný fenomén, ležiace niekde medzi ich oddelením a zjednotením.“ Kvantová mechanika nám dokonca umožňuje získať informácie o procesoch, ktoré nenastali, ale mohli sa realizovať. Rozdiel medzi klasickou a kvantovou mechanikou sa obzvlášť zreteľne prejavuje vo veľmi nezvyčajnom (z obvyklého hľadiska) probléme takzvaného bombového testu v experimente Elitzur-Vaidman.

Intuitívne neprijateľné vlastnosti sú neoddeliteľnou súčasťou kvantovej mechaniky, ale predstavujú aj hlbšie problémy. Penrosa zaujíma najmä otázka, ako sa fyzike darí spájať kvantové javy so správaním systémov na makroskopickej úrovni. V tejto veľmi kontroverznej situácii mnohí fyzici používajú kvantové mechanické pravidlá jednoducho ako výpočtové triky na získanie prekvapivo presných riešení. Tento prístup, napriek svojej účinnosti (ak správne aplikujete niektoré metódy, dostanete absolútne správne odpovede), v podstate znamená len hrubý a neladný prechod z jednoduchého a lineárneho sveta kvantových javov do reálneho sveta experimentátora. K prechodu dochádza prostredníctvom takzvaného „kolapsu vlnovej funkcie“ alebo „redukcie vektora stavov“. Penrose je presvedčený, že s touto štandardnou kvantovou mechanickou technikou sa stratí veľmi významná časť obrazu fyzického sveta a musíme vyvinúť úplne novú teóriu, ktorá bude nejakým spôsobom zahŕňať špecifikovanú „objektívnu redukciu vlnových funkcií“. Takáto teória s primeranými prechodmi na limity sa zredukuje na bežnú kvantovú mechaniku a kvantovú teóriu poľa, ale mala by tiež popisovať nové fyzikálnych javov(malo by nám to najmä umožniť vyriešiť problém kvantovania gravitačného poľa a podať popis raného obdobia vývoja Vesmíru).

V kap. 3 Penrose sa pokúša identifikovať spoločné znaky, ktoré zdieľajú matematika, fyzika a ľudské vedomie. Ak sa nad tým zamyslíte, je skutočne úžasné, že v tých zdanlivo logických a najabstraktnejších oblastiach fyziky a matematiky nie je možné vytvárať programy pre diskrétne počítače, ktoré poznáme (aj pre tie najpresnejšie a s najväčším množstvom pamäte). Všetky počítače prakticky nedokážu napríklad dokázať matematické vety, ako to robia bežní ľudskí matematici. To všetko na druhej strane dokonale zapadá do jednej verzie slávnej Gödelovej vety, ktorá v Penrosovej interpretácii znamená, že matematické dedukcie (a vo všeobecnosti všetky procesy spojené s myslením a správaním) sa vykonávajú „nevypočítateľným“ spôsobom. Tento záver sa zdá byť veľmi plodný, už len preto, že intuitívne sami cítime, že takmer všetky naše akty „vedomého vnímania“ nemožno zredukovať na vyčísliteľné operácie. Veľká časť predchádzajúcej Penrosovej knihy Shadows of the Mind, spomínanej vyššie, bola venovaná práve tejto interpretácii Gödelovej vety, ktorá má zvláštny význam pre všetky logické konštrukcie autora.

Penrose nečakane vidí veľa podobností medzi základnými problémami kvantovej mechaniky a procesmi vedomia. Napríklad verí, že nelokálnosť a kvantová koherencia nám môže vysvetliť koherenciu ľudského mozgu a „nevýpočtová“ povaha procesov vedomia môže byť podľa jeho názoru spojená s objektívnym kolapsom vlnových funkcií makroskopického premenných. Penrose nielen formuluje tieto veľmi všeobecné princípy fungovania mozgu, ale snaží sa aj priamo identifikovať štruktúry v mozgu, ktoré im zodpovedajú. fyzikálnych procesov.

Samozrejme, úvod knihy môže len veľmi slabo odzrkadľovať originalitu, bohatosť a brilantnosť myšlienok a konceptov, ktoré autor navrhol, ale ešte raz by som chcel upriamiť pozornosť čitateľa na hlavné smery, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v pochopenie. Autora udivuje predovšetkým pozoruhodná schopnosť matematiky realisticky opísať základné prírodné procesy. Penrose je presvedčený, že náš fyzický svet v istom zmysle je prejavom Platónovho sveta matematických ideálov. V súčasnosti sa samozrejme nikto nesnaží odvodzovať matematiku z pokusov o opis sveta okolo nás alebo z dosadzovania experimentálne pozorovaných vzorcov do matematických vzorcov. V skutočnosti sa teraz snažíme pochopiť štruktúru Vesmíru na základe niektorých veľmi všeobecných princípov a zo zákonov samotnej matematiky.

Nie je prekvapujúce, že takéto odvážne hypotézy navrhnuté v knihe sa stali predmetom divokej polemiky, do ktorej boli zapojení vedci rôznych špecialít a intelektuálneho zamerania. Abner Shimoni v mnohých ohľadoch súhlasí s Penrosom (napríklad uznáva neúplnosť obvyklej formulácie kvantovej mechaniky a súhlasí s tým, že niektoré kvantovo-mechanické koncepty sú celkom vhodné na opis práce mozgu), Rogera Penrosa však prirovnáva k „a horolezec, ktorý lezie na nesprávnu horu, a je pripravený ponúknuť svoje vlastné konštruktívne prístupy k riešeniu týchto problémov. Nancy Cartwrightová kladie základné otázky filozofie o tom, aké vedy by mali tvoriť základ pre pochopenie podstaty vedomia a aká je v tom úloha fyziky. V diskusii nastoľuje aj veľmi citlivú tému kompatibility (alebo možnosti vzájomnej redukcie) zákonitostí rôznych vedných odborov. Najkritickejšiu časť napísal Stephen Hawking, Penrosov starý priateľ a kolega. V mnohých ohľadoch je to Hawkingova pozícia, ktorá je najbližšie k pohľadu „priemerného fyzika“. Navrhuje, aby autor v prvom rade vypracoval postup na podrobnú rekonštrukciu (redukciu) vlnových funkcií. Hawking však neverí, že názor fyzikov na problémy vedomia má nejakú zvláštnu hodnotu. Objavenie sa takýchto poznámok je celkom prirodzené a Penrose sa ich snaží vyvrátiť vo svojej všeobecnej odpovedi, ktorá tvorí záverečnú kapitolu knihy.

Penrose, samozrejme, bravúrne vyriešil jednu z úloh, ktoré si stanovil – vytvoril akýsi manifest či program rozvoja teoretickej fyziky 21. storočia. V prvých troch kapitolách knihy sa mu podarilo predložiť ucelený obraz toho, ako by mala byť „štruktúrovaná“ úplne nová fyzika, založená na všeobecnej myšlienke nevyčísliteľnosti niektorých operácií a objektívnej obnove vlnových funkcií. , čo je hlavnou myšlienkou knihy. Správnosť navrhovaných konceptov bude nakoniec určená tým, či Penrose a jeho nasledovníci skutočne dokážu vytvoriť nový typ fyzikálnych teórií. V každom prípade, aj keď práca na tomto programe nepovedie k rýchlemu úspechu, jeho základné myšlienky, podľa môjho hlbokého presvedčenia, budú mať plodný vplyv na budúci rozvoj teoretickej fyziky a matematiky.

Kapitola 1. Časopriestor a kozmológia

Kniha ponúkaná čitateľovi sa volá „Veľký, Malý a ľudská myseľ“, a preto, v úplnom súlade s názvom, sú jeho prvé dve kapitoly venované najväčším a najmenším objektom vo fyzickom vesmíre, ktorý nás obklopuje, ktorý som s maximálnou schematickosťou a jednoduchosťou zobrazil ako „guľu“ na obr. 1.1. Nebudem strácať čas čisto „botanickým“ popisom toho, čo a ako sa v ňom deje rôzne časti Vesmír, ale pokúsim sa upriamiť vašu pozornosť na rozbor a pochopenie skutočných zákonitostí, ktorými sa riadi jeho správanie. Hlavným dôvodom, prečo som rozdelil fyzikálne zákony na „veľké“ a „malé“ časti, je, že všeobecné zákony fyzikálnych procesov vo veľmi veľkých a veľmi malých mierkach sa zdajú byť celkom odlišné. Ústrednou témou ch. 3, kde hovoríme o ľudskom vedomí, je práve tento markantný rozdiel medzi prírodnými zákonmi pre javy rôznych mier. Keďže o fyzickom svete budem rozprávať jazykom fyzikálnych teórií, ktoré ho popisujú, jednoducho musím povedať aspoň niečo o inom svete – svete Platóna, filozofickej reprezentácii sveta ideí, absolútnych a matematických právd. Samozrejme, Platónov svet obsahuje aj iné absolútne pojmy(ako napríklad Dobro a krása), ale v tomto prípade budem hovoriť len o matematických princípoch a pojmoch. Pre niektorých ľudí je ťažké si vôbec predstaviť existenciu tohto sveta a radšej považujú matematické pojmy za jednoducho nejaké idealizované formy objektov v našom fyzickom svete a v tomto prípade by sa, samozrejme, mal brať do úvahy „matematický svet“. len ako výtvor nášho fyzického sveta (obr. 1.2).

Ryža. 1.1.

Ryža. 1.2.

Osobne verím (a zdá sa mi, že väčšina matematikov a teoretických fyzikov zdieľa približne rovnaký názor), že matematika má iné, vážnejšie základy a predstavuje určitú štruktúru riadenú vlastnými nadčasovými zákonmi. Preto by možno mnohí fyzici a matematici radšej považovali fyzický svet za produkt „nadčasového“ matematického sveta myšlienok. Zodpovedajúci obrázok (obr. 1.3) je pri všetkej svojej jednoduchosti veľmi dôležitý pre problémy diskutované v tejto knihe (to platí najmä pre materiál v kapitole 3).

Ryža. 1.3.

Najpozoruhodnejšou vlastnosťou prírodných zákonov je, že sa riadia matematickými zákonmi s extrémne vysokou presnosťou. Čím hlbšie porozumieme prírodným zákonom, tým viac máme pocit, že fyzický svet sa akosi vytráca, „vyparuje“ a zostávame tvárou v tvár čistej matematike, čiže máme do činenia len so svetom matematických pravidiel a pojmov.

Skôr než prejdeme k ďalšej úvahe, mali by sme zhodnotiť časové a priestorové mierky vesmíru a nejako ich dať do súvislosti s miestom a úlohou človeka v veľký obraz mier. Pokúsil som sa skombinovať mierky niektorých známych objektov a procesov do jedného diagramu (obr. 1.4), kde sú charakteristické časy vľavo a charakteristické veľkosti vpravo. V ľavom dolnom rohu obrázku je uvedený minimálny časový rozsah, ktorý má nejaký fyzikálny význam. Tento časový interval, rovný 10 -43 s, sa nazýva Planckov čas alebo "chronon" a je oveľa kratší ako trvanie všetkých nám známych procesov, vrátane veľmi krátkych procesov fyziky elementárnych častíc (napríklad životnosť rezonančných častíc s najkratšou životnosťou je asi 10 -23 s). Vyššie uvedený diagram ukazuje na logaritmickej stupnici trvanie niektorých známych procesov až do veku vesmíru.

Ryža. 1.4. Charakteristický čas a veľkosti niektorých objektov a procesov vesmíru.

Na pravej strane diagramu sú vzdialenosti zodpovedajúce určitým časovým mierkam. Planckov čas (chronón) zodpovedá základnej jednotke tzv Planck dĺžka. Tieto dve veličiny prirodzene vznikajú pri akomkoľvek pokuse o spojenie fyzikálnych teórií, ktoré popisujú veľmi veľké a veľmi malé objekty (hovoríme o Einsteinovej všeobecnej teórii relativity a kvantovej mechanike). Pri akejkoľvek kombinácii variantov týchto teórií fungujú dĺžka a Planckov čas ako základné jednotky merania. Prechod z ľavej mierky diagramu na pravú sa vykonáva vynásobením rýchlosťou svetla, čo uľahčuje porovnanie ľubovoľného časového úseku so vzdialenosťou, ktorú svetelný signál počas tohto času prejde.

Veľkosti fyzických objektov na obrázku sa pohybujú od 10 -15 m (charakteristická veľkosť elementárnych častíc) do 10 27 m (polomer pozorovateľného vesmíru, približne zodpovedajúci jeho veku, vynásobený rýchlosťou svetla). Zaujímavé je hodnotenie pozície, ktorú na diagrame zastávame my, Ľudia.

Na veľkostnej škále sme niekde v strede, sme extrémne veľkí v pomere k Planckovej dĺžke (a o mnoho rádov väčší ako veľkosť elementárnych častíc), ale veľmi malí v meradle celého vesmíru. Na druhej strane, na časovej škále procesov, dĺžka ľudského života vyzerá celkom dobre a dá sa porovnať s vekom Vesmíru! Ľudia (a najmä básnici) sa radi sťažujú na pominuteľnosť ľudská existencia, naše miesto na časovej osi však vôbec nie je žalostné ani bezvýznamné. Samozrejme, mali by sme pamätať na to, že všetko, čo bolo povedané, odkazuje na „logaritmickú stupnicu“, ale jej použitie sa zdá byť úplne opodstatnené, keď uvažujeme o takých gigantických rozsahoch hodnôt. Inými slovami, číslo ľudské životy, ktoré zapadajú do veku Vesmíru, je oveľa menej ako počet Planckových časov (alebo dokonca životov elementárnych častíc), ktoré zapadajú do dĺžky života človeka. V podstate sme pomerne stabilné štruktúry Vesmíru. Čo sa týka priestorových mierok, skutočne sa nachádzame niekde v strede mierky, v dôsledku čoho nemáme možnosť vnímať priamymi vnemami ani veľmi veľké, ani veľmi malé objekty fyzického sveta okolo nás.

Pozrime sa, aké fyzikálne teórie opisujú predmety tak rôznych veľkostí. V diagrame na obr. 1.5 Snažil som sa vtesnať všetku existujúcu fyziku. Pri tom som, samozrejme, musel obetovať veľa drobných detailov (napríklad jednoducho vyhodiť z obrázku všetky rovnice a vedy!), ale podľa môjho názoru som zachoval základné teórie.

Ryža. 1.5.

Najvýznamnejším faktom je, že fyzika používa dva úplne odlišné prístupy. Na popis správania mikroobjektov používame kvantovú mechaniku (na obrázku som ju označil slovami „kvantová úroveň“), ktorá je podrobnejšie popísaná v kapitole. 2. Väčšina ľudí verí, že kvantová mechanika je zvláštna, záhadná a nedeterministická teória, ale to nie je pravda. V skutočnosti, ak vezmete do úvahy udalosti na kvantovej úrovni, potom je kvantová teória úplne presná a deterministická. Jej najznámejším vzťahom je Schrödingerova rovnica, ktorá určuje správanie sa fyzikálneho stavu kvantového systému (jednoducho tzv. kvantový stav) a je určite úplne presný a deterministický. Písmeno U používam na označenie všetkých výpočtov alebo metód súvisiacich s kvantovou úrovňou úvahy. Neistota v kvantovej mechanike vzniká len vtedy, keď vykonáte takzvané „meranie“, ktoré si vyžaduje výrazné „priblíženie“ na stupnici udalosti, aby ste sa presunuli z kvantovej na klasickú úroveň. Podrobnejšie sa týmito problémami budeme zaoberať v kap. 2.

Vo veľkých mierkach používame koncepty klasickej fyziky, ktorá je úplne deterministická. Zahŕňa Newtonove zákony mechaniky, Maxwellove zákony (umožňujúce zavedenie pojmov elektriny, magnetizmu a svetla do fyziky), Einsteinove dve teórie relativity (špeciálna teória relativity, ktorá popisuje pohyb telies pri vysokých rýchlostiach a všeobecná teória relativity pre systémy so silnými gravitačnými poľami) a všetky tieto zákony sú splnené na veľké vzdialenosti s výnimočne vysokou presnosťou.

Poznamenávam tiež, že na obr. 1.5 som použil termín „vypočítateľnosť“ na charakterizáciu kvantovej aj klasickej fyziky. V prvých dvoch kapitolách sa tento pojem prakticky nepoužíva, ale je dôležité pre problémy diskutované v kap. 3, kde sa bližšie pozrieme na problém „vypočítateľnosti“.

Táto kapitola je venovaná hlavne Einsteinovej teórii relativity, jej charakteristickým črtám, výnimočnej presnosti a úžasnej elegancii a elegancii. Najprv je však potrebné aspoň veľmi stručne porozprávať o newtonovskej fyzike. Čoskoro potom, čo Einstein vyvinul všeobecnú teóriu relativity, Cartan ukázal, že Newtonova teória gravitácie tiež umožňuje koncepciu zjednoteného časopriestoru. Fyzikálny obraz v mechanike Galilea a Newtona umožňuje znázorniť časopriestor zavedením globálnej (univerzálnej) časovej súradnice, po ktorej možno jednoducho popísať stav systému pomocou súboru sekvenčných diagramov (obr. 1.6). , v ktorom úseky štvorrozmerného časopriestoru zodpovedajú rôznym časovým momentom. Každý takýto priestorový rez (t. j. rovina na obr. 1.6) zodpovedá obyčajnému euklidovskému trojrozmernému priestoru. Charakteristickou črtou newtonovského časopriestoru je, že všetky priestorové „sekcie“ v ňom existujú akoby súčasne.

Ryža. 1.6. Zjednotený časopriestor v Galileo-Newtonovej mechanike. Rovné čiary zodpovedajú rovnomerne sa pohybujúcim časticiam.

Tak napríklad všetky udalosti vyskytujúce sa v pondelok o polnoci ležia v spodnej horizontálnej rovine diagramu; všetko, čo sa stane o polnoci v utorok, je v ďalšej rovine atď. Časové úseky pozdĺž časovej osi jednoducho dávajú sekvenciu euklidovských priestorov v čase. Všetci pozorovatelia (bez ohľadu na spôsob ich pohybu v časopriestore) zaznamenávajú rovnaké udalosti súčasne, pretože vidia rovnaké „výrezy“ alebo „úseky“ jedného časopriestoru.

Veci sú úplne iné v Einsteinovej špeciálnej teórii relativity, kde čas a teda aj úplný obraz časopriestoru prestávajú byť univerzálnymi veličinami, ako je to v Newtonovej fyzike. Aby sme demonštrovali významný rozdiel medzi týmito teóriami, musíme najprv predstaviť jeden z najdôležitejších konceptov teórie relativity – tzv. svetelný kužeľ.

Čo je to svetelný kužeľ? Predstavte si záblesk svetla v danom bode priestoru a v určitom časovom bode (to je udalosť v časopriestore), po ktorom sa vlny začnú šíriť rýchlosťou svetla a prenášajú signál o udalosti. V priestorových súradniciach má čelo šírenia tvar gule rozpínajúcej sa rýchlosťou svetla (obr. 1.7, b), avšak v plnom súradnicovom systéme (priestoročas) získame oveľa komplexnejší obraz (obr. 1.7, A), ktorý bude brať do úvahy horizontálne posuny zodpovedajúce posunom na obr. 1.6. Bohužiaľ, obrázok na obr. 1,7, A je iba dvojrozmerný (rovina kreslenia), keďže na zobrazenie štvorrozmerného časopriestoru používame iba tri dimenzie. Preto musíme záblesk svetla zobraziť ako bod na začiatku (udalosti) a potom ako kruhy na horizontálnych rezoch, ktoré odrážajú skutočný pohyb svetelných lúčov (vĺn) priestorom. Pohyb svetelných lúčov tvorí v tomto prípade kužeľ v časopriestore, ktorého horná časť popisuje históriu „vzplanutia“ pohybu svetelných lúčov do budúceho časopriestoru. Na druhej strane, spodná časť kužeľa zodpovedá príchodu svetelných lúčov z minulosti do bodu vzplanutia (táto časť diagramu sa zvyčajne nazýva minulý svetelný kužeľ). Pozorovateľ dostáva všetky informácie zo svetelných lúčov šíriacich sa po povrchu kužeľa!

Originálne, bystré a provokatívne myšlienky Rogera Penrosa týkajúce sa procesov prebiehajúcich v civilnom svete Vesmíru, v mikrokozme kvantovej fyziky a v ľudskom mozgu sa viac ako raz stali predmetom búrlivých sporov a diskusií. Niektoré z týchto myšlienok sú už čitateľom známe z jeho predchádzajúcich kníh: The Emperor's New Mind a Shadows of the Mind V tejto knihe ich Penrose zhŕňa a ďalej rozvíja a tiež podáva vynikajúci prehľad o mnohých nevyriešených problémoch modernej fyziky.

Penroseove radikálne koncepcie poskytujú nový pohľad na fungovanie mozgu a povahu ľudského vedomia. Do polemiky s autorom v tejto knihe vstúpili traja vedci z rôznych vedných odborov – slávni špecialisti na filozofiu vedy Abner Shimoni a Nancy Cartwrightová, ako aj slávny teoretický fyzik a astrofyzik Stephen Hawking. V poslednej kapitole knihy Roger Penrose, pokračujúc v tejto mimoriadne zaujímavej diskusii, odpovedá svojim oponentom. Čitateľ dostáva možnosť zoznámiť sa s vlastným, veľmi neštandardným (niekedy až vtipným) pohľadom najväčšieho teoretického fyzika na najdôležitejšie problémy modernej vedy.

Za posledné desaťročie sa objavilo mnoho kníh, v ktorých sa vynikajúci vedci našej doby snažia vysvetliť širokému čitateľovi podstatu a výnimočný záujem svojho výskumu v rôznych oblastiach poznania. Najznámejšie z nich boli slávna „Stručná história času“ od Stephena Hawkinga (ktorá mala taký úžasný úspech, že sa jej vydanie stalo pozoruhodným fenoménom v dejinách svetovej populárnej vedeckej literatúry), kniha Jamesa Gleicka „Chaos“ (ktorá úspešne ukázali, že najkomplexnejší vedecký výskum niekedy pripomína vzrušujúcu detektívku) a „Dreams of a Final Theory“ od Stevena Weinberga, vďaka čomu sú najnovšie úspechy v časticovej fyzike zrozumiteľné a zaujímavé.

Nie je prekvapujúce, že kniha „The New Mind of the King“ vyvolala búrlivé kontroverzie, v dôsledku čoho musel autor v roku 1994 vydať knihu „Shadows of the Mind“, v ktorej sa snažil nielen odpovedať na svoje mnohé kritikov, ale aj ďalej rozvíjať navrhované myšlienky. V roku 1995 bol R. Penrose pozvaný, aby predniesol slávne Tennerove prednášky, kde prezentoval všeobecný prehľad o svojej koncepcii a vyzval na diskusiu svojich najznámejších oponentov Abnera Shimoniho, Nancy Cartwrightovú a Stephena Hawkinga. Tri prednášky cyklu tvorili prvé tri kapitoly čitateľovi ponúkanej knihy, ktoré obsahovali stručný úvod do okruhu myšlienok, ktoré autor podrobne rozpracoval v uvedených knihách. Ďalšie tri kapitoly (4-6) obsahujú argumenty diskutovaných účastníkov a v záverečnej kapitole 7 Penrose komentuje prijaté pripomienky a sumarizuje výsledky diskusie.

Druhá veta o „nekonečne“ tvrdí, že klasická relativistická teória gravitácie nevyhnutne vedie k singularitám tohto typu v kozmologických modeloch spojených s Veľkým treskom. Tieto teorémy ukazujú, že teórie, ktoré používame, sú stále veľmi ďaleko od dokončenia, pretože takéto singularity by nemali vznikať v uzavretých a vyspelých fyzikálnych konštrukciách.

Tieto práce predstavujú len časť rozsiahleho príspevku R. Penrosa do rôznych odvetví fyziky a matematiky. Fyzici poznajú Penrosov proces (pri ktorom častice absorbujú rotačnú energiu v čiernych dierach) a vo veľkej miere využívajú diagramy, ktoré vytvoril na opis správania hmoty v blízkosti čiernych dier. Krásnu geometriu (chvíľami pripomínajúcu maľbu) mnohých takýchto javov názorne prezentuje sám autor v prvých troch kapitolách knihy. Niektoré aspekty uvažovaných problémov sú už verejnosti dobre známe z „nemožných“ stavieb a obrazov slávneho umelca Mauricea Eschera a takzvaných „mozaík“ samotného Penrosa. Je zaujímavé, že M. Escher bol inšpirovaný k vytvoreniu niektorých rytín (konkrétne tých, ktoré sa pokúšajú zobraziť „nemožné“) jedným z článkov napísaných R. Penrosom a jeho otcom L. S. Penrosom. V kap. 1, Penroseove hyperbolické geometrické konštrukcie ilustruje slávna séria rytín M. Eschera „Limit Circles“. V tejto súvislosti nemožno nespomenúť „mozaiky“ alebo „dlaždice“, ktoré vytvoril sám Penrose, ktoré umožňujú
úplne pokryť nekonečnú rovinu malým počtom odrôd jednoduchých geometrických útvarov daného typu. Hlavná a najzaujímavejšia matematická stránka problému je, že vzorec, ktorý nám umožňuje vyriešiť tento problém, sa neopakuje. Tento geometrický problém sa neočakávane objavuje v kap. 3 knihy v súvislosti so schopnosťou definovať rigorózne výpočtové operácie pre počítače.

Penrosovi sa podarilo nielen vyvinúť množstvo brilantných matematických prístupov, ale ich aj úspešne aplikovať na riešenie najzložitejších špecifických problémov modernej fyziky. Otázky, ktoré považuje, sa vždy ukážu ako veľmi dôležité a zaujímavé. Teraz sú fyzici presvedčení, že teória veľkého tresku nám poskytuje pomerne presný obraz o pôvode vesmíru, ale stále nie je ani zďaleka úplný a ešte nepoznáme mnohé zo základných zákonov, ktoré určujú jeho hlavné črty od r. jednu tisícinu sekundy po narodení až po súčasnosť. Na rekonštrukciu kompletného obrazu nám ostáva ešte určiť počiatočné podmienky, no všetky nám známe fyzikálne zákony platia len pre dosť „starý“ Vesmír, ktorého vek presahuje spomínanú hranicu tisíciny sekundy. Preto stále musíme inteligentne extrapolovať vzorce, ktoré poznáme. Už máme celkom dobrú predstavu o požadovaných počiatočných podmienkach, ale vieme veľmi málo o príčinách, ktoré ich vedú, a tento problém zostáva ústredným prvkom celej modernej kozmológie.

Zvyčajne v kozmológii používajú model nafukovacieho (inflačného) vesmíru, avšak aj v tomto modeli je na popísanie niektorých čŕt procesu potrebné zaviesť parametre charakteristické pre ranú, takzvanú Planckovu epochu vývoja. vesmíre (10 "43 s), kedy sa v tomto mimoriadne krátkom období udiali najdôležitejšie udalosti, ktorých dôsledky sa moderná veda snaží opísať.

Roger Penrose, ktorý akceptuje všeobecne známy obraz Veľkého tresku, opúšťa inflačný model a naznačuje, že vývoj vesmíru bol vo veľmi ranom štádiu určovaný fyzikálnymi zákonmi, ktoré sú nám stále neznáme, spojené s kvantovou teóriou gravitácie. Domnieva sa, že početné pokusy o zostavenie takejto teórie boli neúspešné práve preto, že úloha bola nesprávne teoreticky položená. Jeho argumenty súvisia predovšetkým s problémom určovania entropie vesmíru, ktorý je považovaný za jeden objekt. Keďže entropia (veľmi zjednodušene stupeň neusporiadanosti systému) sa časom zvyšuje, vesmír sa musel vynoriť z veľmi usporiadaného stavu s veľmi nízkou entropiou.

Pravdepodobnosť, že takýto stav nastane náhodou, je mizivo malá, v dôsledku čoho Penrose navrhol, že problém možno vyriešiť iba v rámci exaktnej teórie kvantovej gravitácie. V kap. 2 pojednáva o všeobecných problémoch kvantovania a kvantovej fyziky, ktorá sa (spolu s jej relativistickým zovšeobecnením – kvantovou teóriou poľa) dlhodobo veľmi úspešne používa na popis vlastností jednotlivých atómov a častíc, ako aj na vysvetlenie experimentálnych výsledkov v jadrovej fyzike. Avšak až v posledných rokoch sme začali chápať hlboký fyzikálny význam tejto teórie. Penrose dokázal brilantne demonštrovať, že jeho vnútorná štruktúra obsahuje veľmi zložité (intuitívne neočividné) myšlienky, ktoré nemajú v klasickej mechanike obdoby. Napríklad nelokálnosť znamená, že keď vznikne pár častica-antičastica, každá z nich si uchová „pamäť“ procesu zrodu v tom zmysle, že tieto častice nemožno považovať za úplne nezávislé jedna od druhej. Roger to vysvetľuje tým, že „kvantové previazanie objektov je úžasný fenomén, ktorý leží niekde medzi ich oddelením a zjednotením“. Kvantová mechanika nám dokonca umožňuje získať informácie o procesoch, ktoré nenastali, ale mohli sa realizovať. Rozdiel medzi klasickou a kvantovou mechanikou sa obzvlášť zreteľne prejavuje vo veľmi nezvyčajnom (z obvyklého hľadiska) probléme takzvaného bombového testu v experimente Elitzur-Vaidman.

K prechodu dochádza prostredníctvom takzvaného „kolapsu vlnovej funkcie“ alebo „redukcie vektora stavov“. Penrose je presvedčený, že s touto štandardnou kvantovou mechanickou technikou sa stratí veľmi významná časť obrazu fyzického sveta a musíme vyvinúť úplne novú teóriu, ktorá bude nejakým spôsobom zahŕňať špecifikovanú „objektívnu redukciu vlnových funkcií“. Takáto teória sa s primeranými prechodmi na limitu zredukuje na bežnú kvantovú mechaniku a kvantovú teóriu poľa, mala by však popisovať aj nové fyzikálne javy (najmä by nám mala umožniť vyriešiť problém kvantovania gravitačného poľa a popísať rané obdobie vývoja vesmíru).

V kap. 3 Penrose sa pokúša identifikovať spoločné znaky, ktoré zdieľajú matematika, fyzika a ľudské vedomie. Ak sa nad tým zamyslíte, je skutočne úžasné, že v tých zdanlivo logických a najabstraktnejších oblastiach fyziky a matematiky nie je možné vytvárať programy pre diskrétne počítače, ktoré poznáme (aj pre tie najpresnejšie a s najväčším množstvom pamäte). Všetky počítače prakticky nedokážu napríklad dokázať matematické vety, ako to robia bežní ľudskí matematici. To všetko je na druhej strane v dokonalom súlade s jednou verziou slávnej Gödelovej vety, ktorá v Penroseovej interpretácii znamená, že matematické dedukcie (a vo všeobecnosti všetky procesy spojené s myslením a správaním) sa vykonávajú v „nevypočítateľnom “spôsob. Tento záver sa zdá byť veľmi plodný, už len preto, že intuitívne sami cítime, že takmer všetky naše akty „vedomého vnímania“ nemožno zredukovať na vyčísliteľné operácie. Väčšina predchádzajúcej Penrosovej knihy Shadows of the Mind, spomínanej vyššie, bola venovaná práve tejto interpretácii Gödelovej vety, ktorá má osobitný význam pre všetky autorove logické konštrukcie.

Penrose nečakane vidí veľa podobností medzi základnými problémami kvantovej mechaniky a procesmi vedomia. Verí napríklad, že nelokálnosť a kvantová koherencia môžu vysvetliť poznatky, ktoré podľa jeho názoru možno spájať s objektívnym kolapsom vlnových funkcií makroskopických premenných. Penrose nielen formuluje tieto veľmi všeobecné princípy fungovania mozgu, ale snaží sa aj priamo identifikovať štruktúry v mozgu, ktoré zodpovedajú týmto fyzikálnym procesom.

Samozrejme, úvod knihy môže len veľmi slabo odzrkadľovať originalitu, bohatosť a brilantnosť myšlienok a konceptov, ktoré autor navrhol, ale ešte raz by som chcel upriamiť pozornosť čitateľa na hlavné smery, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v pochopenie. Autora zaráža predovšetkým pozoruhodná schopnosť matematiky realisticky opísať základné prírodné procesy. Penrose je presvedčený, že náš fyzický svet je v istom zmysle prejavom Platónovho sveta matematických ideálov. V súčasnosti sa samozrejme nikto nesnaží odvodzovať matematiku z pokusov o opis sveta okolo nás alebo z dosadzovania experimentálne pozorovaných vzorcov do matematických vzorcov. V skutočnosti sa teraz snažíme pochopiť štruktúru Vesmíru na základe niektorých veľmi všeobecných princípov a zo zákonov samotnej matematiky.

Nie je prekvapujúce, že takéto odvážne hypotézy navrhnuté v knihe sa stali predmetom divokej polemiky, do ktorej boli zapojení vedci rôznych špecialít a intelektuálneho zamerania. Abner Shimoni v mnohých ohľadoch súhlasí s Penrosom (napríklad uznáva neúplnosť obvyklej formulácie kvantovej mechaniky a súhlasí s tým, že niektoré kvantovo-mechanické koncepty sú celkom vhodné na opis práce mozgu), Rogera Penrosa však prirovnáva k „a horolezec, ktorý lezie na nesprávnu horu, a je pripravený ponúknuť svoje vlastné konštruktívne prístupy k riešeniu týchto problémov. Nancy Cartwrightová kladie základné otázky filozofie o tom, aké vedy by mali tvoriť základ pre pochopenie podstaty vedomia a aká je v tom úloha fyziky. V diskusii nastoľuje aj veľmi citlivú tému kompatibility (alebo možnosti vzájomnej redukcie) zákonov rôznych vedeckých
disciplín. Najkritickejšiu časť napísal Stephen Hawking, Penrosov starý priateľ a kolega. V mnohých ohľadoch je to Hawkingova pozícia, ktorá je najbližšie k pohľadu „priemerného fyzika“. Navrhuje, aby autor v prvom rade vypracoval postup na podrobnú rekonštrukciu (redukciu) vlnových funkcií. Hawking však neverí, že názor fyzikov na problémy vedomia má nejakú zvláštnu hodnotu. Objavenie sa takýchto poznámok je celkom prirodzené a Penrose sa ich snaží vyvrátiť vo svojej všeobecnej odpovedi, ktorá tvorí záverečnú kapitolu knihy.

Penrose, samozrejme, bravúrne vyriešil jednu z úloh, ktoré si stanovil – vytvoril akýsi manifest či program rozvoja teoretickej fyziky 21. storočia. V prvých troch kapitolách knihy sa mu podarilo podať ucelený obraz toho, ako by mala byť „štruktúrovaná“ úplne nová fyzika, založená na všeobecnej myšlienke nevyčísliteľnosti niektorých operácií a objektívnej obnove vlnové funkcie, čo je hlavnou myšlienkou knihy. Správnosť navrhovaných konceptov bude nakoniec určená tým, či Penrose a jeho nasledovníci skutočne dokážu vytvoriť nový typ fyzikálnych teórií. V každom prípade, aj keď práca na tomto programe nepovedie k rýchlemu úspechu, jeho základné myšlienky, podľa môjho hlbokého presvedčenia, budú mať plodný vplyv na budúci rozvoj teoretickej fyziky a matematiky.

Elektronická verzia knihy je poskytovaná len na informačné účely. Ak sa vám obsah knihy páčil, kúpte si ju tým, že podporíte autora!

Roger Penrose, Abner Shimoni, Nancy Cartwright, Stephen Hawking

Veľký, malý a ľudská myseľ

Do polemiky s autorom v tejto knihe vstúpili traja vedci z rôznych vedných odborov – slávni špecialisti na filozofiu vedy Abner Shimoni a Nancy Cartwrightová, ako aj slávny teoretický fyzik a astrofyzik Stephen Hawking. V poslednej kapitole knihy Roger Penrose, pokračujúc v tejto mimoriadne zaujímavej diskusii, odpovedá svojim oponentom. Čitateľ dostáva možnosť zoznámiť sa s vlastným, veľmi neštandardným (niekedy až vtipným) pohľadom najväčšieho teoretického fyzika na najdôležitejšie problémy modernej vedy.

ROGER PENROSE Profesor Roseball, profesor matematiky na Oxfordskej univerzite

ABNER SHIMONI Emeritný profesor filozofie a fyziky, Bostonská univerzita NANCY CARTWRIGHT profesor filozofie, logiky a vedy, London School of Economics and Politics (LSE)

STEPHEN HAWKING Lucasiánsky profesor na Cambridgeskej univerzite

Požičané kresby

Cisárova nová myseľ, R. Penrose, 1989. Oxford: Oxford University Press. 1,6, 1,8, 1,11, 1,12, 1,13, 1,16 (a), (b) a (c), 1,18, 1,19, 1,24, 1,25, 1,26, 1,28 (a) a (b), 1,29, 2,2,2,30, a), 3,20.

Tiene mysle, R. Penrose, 1994. Oxford: Oxford University Press. 1,14, 2,3, 2,4, 2,5 (b), 2,6, 2,7, 2,19, 2,20, 3,7, 3,8, 3,10, 3,11, 3.12, 3.13, 3.14, 3.16, 3.17, 3.18

Vysokoenergetická astrofyzika, zväzok 2, M. S. Longair, 1994. Cambridge: Cambridge University Press. 1,15, 1,22.

Predslov prekladateľa

Zložitosť a rôznorodosť otázok, o ktorých sa v knihe R. Penrose hovorí, si vyžaduje, aby sme jej preklad predostreli aspoň veľmi stručnými poznámkami. Po prvé, ako sám autor presvedčivo dokazuje, kvantová mechanika má ďaleko nielen od úplnosti, ale ani od jednotného metodologického prístupu. Počas desaťročí diskusií o princípoch kvantovej fyziky sa nahromadilo obrovské množstvo literatúry o mnohých zvažovaných otázkach (napríklad o Schrödingerovej slávnej mačke už boli napísané celé knižnice). V tomto obludnom množstve informácií, filozofické, metodologické a vedecké rozpory prirodzene dávno prerástli (alebo sa zvrhli) na lingvistické a terminologické. Čitateľ si môže urobiť predstavu o súčasnom stave problematiky z článku M. B. Menského „Kvantová mechanika: nové experimenty, nové aplikácie a nové formulácie starých otázok“ (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, Vol. 170, No. 6, 2000, s. 631) a zvolala svoje diskusie (UFN, 2001; roč. 171, č. 4, s. 437-462; UFN, 2001; roč. 171, č. 6, s. 625-647).

A. V. Chachojan

Predslov. Malcolm Longair

Za posledné desaťročie sa objavilo mnoho kníh, v ktorých sa vynikajúci vedci našej doby snažia vysvetliť širokému čitateľovi podstatu a výnimočný záujem svojho výskumu v rôznych oblastiach poznania. Najznámejšie z nich boli slávna „Stručná história času“ od Stephena Hawkinga (ktorá mala taký úžasný úspech, že sa jej vydanie stalo pozoruhodným fenoménom v dejinách svetovej populárnej vedeckej literatúry), kniha Jamesa Gleicka „Chaos“ (ktorá úspešne ukázali, že najkomplexnejší vedecký výskum niekedy pripomína vzrušujúcu detektívku) a „Dreams of a Final Theory“ od Stevena Weinberga, vďaka čomu sú najnovšie úspechy v časticovej fyzike zrozumiteľné a zaujímavé.

Aj medzi takými známymi dielami vyniká originalitou predchádzajúca kniha Rogera Penrosa The New Mind of the King (1989). Zatiaľ čo iní autori sa zvyčajne snažia jednoducho sprostredkovať význam a význam výdobytkov modernej vedy, Roger sa odvážil ponúknuť čitateľom úplne novú, miestami ohromujúcu možnosť existencie akejsi (ešte nie úplne sformulovanej) teórie základných procesov, ktoré nám umožňuje spojiť takmer nesúvisiace s priateľom, teórie súvisiace so širokou škálou vied (fyzika, matematika, biológia, neurofyziológia a dokonca aj filozofia). Nie je prekvapujúce, že kniha „The New Mind of the King“ vyvolala búrlivé kontroverzie, v dôsledku čoho musel autor v roku 1994 vydať knihu „Shadows of the Mind“, v ktorej sa snažil nielen odpovedať na svoje mnohé kritikov, ale aj ďalej rozvíjať navrhované myšlienky. V roku 1995 bol R. Penrose pozvaný, aby predniesol slávne Tennerove prednášky, kde prezentoval všeobecný prehľad o svojej koncepcii a vyzval na diskusiu svojich najznámejších oponentov Abnera Shimoniho, Nancy Cartwrightovú a Stephena Hawkinga. Tri prednášky cyklu tvorili prvé tri kapitoly čitateľovi ponúkanej knihy, ktoré obsahovali stručný úvod do okruhu myšlienok, ktoré autor podrobne rozpracoval v uvedených knihách. Ďalšie tri kapitoly (4 - 6) obsahujú argumenty diskutovaných účastníkov a v záverečnej kapitole 7 Penrose komentuje prijaté pripomienky a sumarizuje výsledky diskusie.

Tieto práce predstavujú len časť rozsiahleho príspevku R. Penrosa do rôznych odvetví fyziky a matematiky. Fyzici poznajú Penrosov proces (pri ktorom častice absorbujú rotačnú energiu v čiernych dierach) a vo veľkej miere využívajú diagramy, ktoré vytvoril na opis správania hmoty v blízkosti čiernych dier. Krásnu geometriu (chvíľami pripomínajúcu maľbu) mnohých takýchto javov názorne prezentuje sám autor v prvých troch kapitolách knihy. Niektoré aspekty uvažovaných problémov sú už verejnosti dobre známe z „nemožných“ stavieb a obrazov slávneho umelca Mauricea Eschera a takzvaných „mozaík“ samotného Penrosa. Je zaujímavé, že M. Escher bol inšpirovaný k vytvoreniu niektorých rytín (konkrétne tých, ktoré sa pokúšajú zobraziť „nemožné“) jedným z článkov napísaných R. Penrosom a jeho otcom L. S. Penrosom. V kap. 1, Penroseove hyperbolické geometrické konštrukcie ilustruje slávna séria rytín M. Eschera „Limit Circles“. V tejto súvislosti nemožno nespomenúť „mozaiky“ alebo „dlaždice“, ktoré vytvoril sám Penrose, ktoré umožňujú úplne pokryť nekonečnú rovinu malým počtom odrôd jednoduchých geometrických útvarov daného typu. Hlavná a najzaujímavejšia matematická stránka problému je, že vzorec, ktorý nám umožňuje vyriešiť tento problém, sa neopakuje. Tento geometrický problém sa neočakávane objavuje v kap. 3 knihy v súvislosti so schopnosťou definovať rigorózne výpočtové operácie pre počítače.

Autorom tohto diela nie je Stephen Hawking, ale Roger Penrose. Stephen Hawking v knihe vystupuje ako jeden z jeho kolegov fyzikov a sám Penrose je matematik a apologét matematiky. A jeho hlavnou myšlienkou, ktorú sa snaží čitateľovi sprostredkovať, je, že náš svet podlieha prísnym zákonom, ktoré veľmi elegantne (z pohľadu vedca znalého z prvej ruky vo vyššej matematike a kvantovej teórii) popisuje napr. matematické výrazy. Tak elegantne, že sa autor prikláňa k názoru, že nie my opisujeme náš svet jazykom matematiky, ale náš svet je odrazom určitého matematického modelu, absolútna, idey, do fyzickej hmoty. Toto je veľmi zaujímavý predpoklad, najmä ak si pamätáme, že o svete okolo nás nevieme nič! Teda vôbec nič! Myslíme si, že žijeme v storočí pokroku a technológií, no v skutočnosti stojíme uprostred malej čistinky ako ježkovia v hmle.
Moja predstava o projekcii matematického modelu na skutočný svet Penrose to vyjadruje na začiatku knihy a všetky následné naozaj ťažké výpočty v jazyku kvantovej teórie sú navrhnuté tak, aby upriamili pozornosť na konkrétne veci a príklady.
Wu študoval kvantovú fyziku na univerzitnom oddelení fyziky. Teraz si pamätám veľmi málo, ale je fakt, že kniha nie je určená pre široký okruh čitateľov!
Hodnotenie je podhodnotené vzhľadom na to, že bolo hodnotené z pohľadu bežného čitateľa. Bežný čitateľ po prvej kapitole nepochopí :)

nie populárne, ale vysoko špecializované...

V mojom ponímaní je popularizátorom niekto, kto prináša zložité veci širokým masám a vysvetľuje ich prístupným jazykom.
Vzali ste si knihu a niečo ste sa naučili, niečo ste pochopili, ak nie všetko, ale nejaké zrnká vedomostí a pochopenia sa vám usadili v hlave ako popularizátor vedy. Klamstvá.
Úprimne, v tejto knihe som nerozumel ničomu. Áno, určite som humanista, ale to neznamená, že toto a toto mi nie je k dispozícii a ak si stanovím cieľ, budem sedieť a usilovne študovať všetko. Nevyšlo to.
Táto kniha je zrejme pre fyzikov, astrofyzikov, tých, ktorí ovládajú kvantovú mechaniku... Pre učiteľov, pokročilých študentov týchto fakúlt, postgraduálnych študentov - ale to, čo nie je pre širokú verejnosť, je určite...

Roger Penrose, Abner Shimoni, Nancy Cartwright, Stephen Hawking

Veľký, malý a ľudská myseľ

ROGER PENROSE Profesor Roseball, profesor matematiky, Oxfordská univerzita

ABNER SHIMONI Emeritný profesor filozofie a fyziky, Bostonská univerzita NANCY CARTWRIGHT profesor filozofie, logiky a vedy, London School of Economics and Politics (LSE)

STEPHEN HAWKING Lucasiánsky profesor na Cambridgeskej univerzite

Požičané kresby

Cisárova nová myseľ, R. Penrose, 1989. Oxford: Oxford University Press. 1,6, 1,8, 1,11, 1,12, 1,13, 1,16 (a), (b) a (c), 1,18, 1,19, 1,24, 1,25, 1,26, 1,28 (a) a (b), 1,29, 2,2,2,30, a), 3,20.

Tiene mysle, R. Penrose, 1994. Oxford: Oxford University Press. 1,14, 2,3, 2,4, 2,5 (b), 2,6, 2,7, 2,19, 2,20, 3,7, 3,8, 3,10, 3,11, 3.12, 3.13, 3.14, 3.16, 3.17, 3.18

Vysokoenergetická astrofyzika, zväzok 2, M. S. Longair, 1994. Cambridge: Cambridge University Press. 1,15, 1,22.

Predslov prekladateľa

Zložitosť a rôznorodosť otázok, o ktorých sa v knihe R. Penrose hovorí, si vyžaduje, aby sme jej preklad predostreli aspoň veľmi stručnými poznámkami. Po prvé, ako sám autor presvedčivo dokazuje, kvantová mechanika má ďaleko nielen od úplnosti, ale ani od jednotného metodologického prístupu. Počas desaťročí diskusií o princípoch kvantovej fyziky sa nahromadilo obrovské množstvo literatúry o mnohých zvažovaných otázkach (napríklad o Schrödingerovej slávnej mačke už boli napísané celé knižnice). V tomto obludnom množstve informácií, filozofické, metodologické a vedecké rozpory prirodzene dávno prerástli (alebo sa zvrhli) na lingvistické a terminologické. Čitateľ si môže urobiť predstavu o súčasnom stave problematiky z článku M. B. Menského „Kvantová mechanika: nové experimenty, nové aplikácie a nové formulácie starých otázok“ (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, Vol. 170, No. 6, 2000, s. 631) a zvolala svoje diskusie (UFN, 2001; roč. 171, č. 4, s. 437-462; UFN, 2001; roč. 171, č. 6, s. 625-647).

A. V. Chachojan

Predslov. Malcolm Longair

Za posledné desaťročie sa objavilo mnoho kníh, v ktorých sa vynikajúci vedci našej doby snažia vysvetliť širokému čitateľovi podstatu a výnimočný záujem svojho výskumu v rôznych oblastiach poznania. Najznámejšie z nich boli slávna „Stručná história času“ od Stephena Hawkinga (ktorá mala taký úžasný úspech, že sa jej vydanie stalo pozoruhodným fenoménom v dejinách svetovej populárnej vedeckej literatúry), kniha Jamesa Gleicka „Chaos“ (ktorá úspešne ukázali, že najkomplexnejší vedecký výskum niekedy pripomína vzrušujúcu detektívku) a „Dreams of a Final Theory“ od Stevena Weinberga, vďaka čomu sú najnovšie úspechy v časticovej fyzike zrozumiteľné a zaujímavé.

Tieto práce predstavujú len časť rozsiahleho príspevku R. Penrosa do rôznych odvetví fyziky a matematiky. Fyzici poznajú Penrosov proces (pri ktorom častice absorbujú rotačnú energiu v čiernych dierach) a vo veľkej miere využívajú diagramy, ktoré vytvoril na opis správania hmoty v blízkosti čiernych dier. Krásnu geometriu (chvíľami pripomínajúcu maľbu) mnohých takýchto javov názorne prezentuje sám autor v prvých troch kapitolách knihy. Niektoré aspekty uvažovaných problémov sú už verejnosti dobre známe z „nemožných“ stavieb a obrazov slávneho umelca Mauricea Eschera a takzvaných „mozaík“ samotného Penrosa. Je zaujímavé, že M. Escher bol inšpirovaný k vytvoreniu niektorých rytín (konkrétne tých, ktoré sa pokúšajú zobraziť „nemožné“) jedným z článkov napísaných R. Penrosom a jeho otcom L. S. Penrosom. V kap. 1, Penroseove hyperbolické geometrické konštrukcie ilustruje slávna séria rytín M. Eschera „Limit Circles“. V tejto súvislosti nemožno nespomenúť „mozaiky“ alebo „dlaždice“, ktoré vytvoril sám Penrose, ktoré umožňujú úplne pokryť nekonečnú rovinu malým počtom odrôd jednoduchých geometrických útvarov daného typu. Hlavná a najzaujímavejšia matematická stránka problému je, že vzorec, ktorý nám umožňuje vyriešiť tento problém, sa neopakuje. Tento geometrický problém sa neočakávane objavuje v kap. 3 knihy v súvislosti so schopnosťou definovať rigorózne výpočtové operácie pre počítače.

Charakteristiky mužov

Roger Penrose, Abner Shimoni, Nancy Cartwright, Stephen Hawking Veľký, malý a ľudská myseľ

O autoroch

Požičané kresby

Predslov prekladateľa

Predslov. Malcolm Longair

Kapitola 1. Časopriestor a kozmológia

nie populárne, ale vysoko špecializované...

Môže sa vám tiež páčiť

Roger Penrose, Abner Shimoni, Nancy Cartwright, Stephen Hawking
Veľký, malý a ľudská myseľ