Революция в микромире. Планк. Квантовая теория

Своей фразой Лоренц хотел показать: конкретное поведение атмосферы в конкретный день и в конкретном месте сильно зависит от начальных условий, и следствием их незначительного изменения может стать то, что торнадо придет в другой день, а не сегодня.

Взмах крыльев бабочки в Бразилии вызовет торнадо в штате Техас.

Эдвард Лоренц, объяснение эффекта бабочки

В принципе, можно подумать, что детерминированный хаос недалек от примера с подбрасываемым кубиком. В конце концов, движение кубика тоже чувствительно к начальным условиям, и если мы подбросим кубик чуть сильнее или чуть выше, то получим совсем другой результат. Но у кубика есть много свойств, которые мы не можем контролировать: потертость одной из граней, небольшие скосы поверхностей, неровности стола и так далее. То, что описал Лоренц, представляет собой систему с тремя переменными, поведение которой непредсказуемо. Сегодня известно много примеров, аналогичных примеру Лоренца, их изучение привело к появлению таких математических структур, как фрактал и странный аттрактор. Любопытно, что в результате всего этого непредсказуемость проникла в недра классической механики, то есть в наш повседневный мир. В данном конкретном случае физика идет в противоположном направлении по отношению к тому, что ожидал Планк. Но из этого не стоит делать слишком радикальных выводов. С тех пор как был принят принцип неопределенности, благодаря более глубокому пониманию динамики физических систем, развитию информатики и, конечно, более совершенной сети наблюдения метеорологический прогноз является более точным, чем когда-либо.

Что касается социальных наук, то можно сказать, что их путь противоположен пути, пройденному физикой. Принцип причинности остается фундаментальным для ученых, исследующих общество и человека. Когда статистическая аномалия повторяется или ее значение велико, необходимо искать ее причину. Этот подход позволил получить новые лекарства, определить факторы риска того или иного заболевания иногда для целых народов. Появляется все больше исследований, соотносящих поведение человека с генетическим наследством, социальными или экономическими условиями, семьей. Все это довольно сложно, но можно сказать, что конечная цель предполагает обнаружение причин всего, что с нами происходит. Вопросы о свободе воли, волновавшие Планка, не теряют актуальности: являемся ли мы в конечном счете «бездушными автоматами в железных рамках закона причинности»? Есть ли в цепи причинности природных явлений место для свободного и ответственного волеизъявления индивидуума?

Эксперименты со свободой воли

В известном эксперименте нейрофизиолог Бенджамин Либет (1916- 2007) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско сделал энцефалограмму добровольца в тот момент, когда просил его совершить какую- нибудь простую манипуляцию, например нажать кнопку, когда он сам этого захочет. Либет и его команда обнаружили, что нейронный сигнал моторной коры, дававшей приказ о движении руки, предшествовал осознанию добровольцем принятия решения. Другими словами, решение совершить движение рукой принималось бессознательно, и только потом приходило понимание того, что решение принято. Эксперимент Либета варьировался с использованием разной техники, менялись начальные условия: нужно было сделать движение рукой, выбрать один из двух схожих объектов, найти взглядом объект на экране. Ученые пришли к предварительному выводу: свобода воли — иллюзия, самообман, который заставляет нас думать, что мы делаем сознательный выбор, когда на самом деле все определено на уровне бессознательных процессов.

Когда Планк писал о проблеме свободы воли, это был скорее философский вопрос, о котором можно было рассуждать. Сегодня эта проблема начинает перемещаться в сферу научного исследования и становится его объектом. Когда мы говорим «объект научного исследования», то имеем в виду, что формулируются гипотезы, которые проверяются в ходе контролируемых лабораторных опытов. Некоторые нейрофизиологические исследования указывают на то, что свободы воли не существует или что это не более чем иллюзия. Эта точка зрения предполагает, что человек — очень сложный вид автоматов, но, увы, автоматов. Однако учитывая, что хаотические флуктуации в физику и химию нейронной деятельности привносят самые разные элементы и что сама детерминистская динамика может быть хаотичной, наше поведение и наши решения можно считать предопределенными лишь с трудом. Получается, что и человек несвободен, и предопределения нет.

Вряд ли эти выводы порадовали бы Планка. Путь, пройденный физикой от классического детерминизма к современному индетерминизму, имеет оборотную сторону медали в виде прогрессирующего детерминизма в биологии и психологии. Возможно, в будущем мы увидим объединение этих двух тенденций. Без сомнения, ближайшие годы принесут нам новые важные открытия в этой области.

Убегая в лес

Годы Второй мировой войны были очень трудными для Планка и его семьи. Мы уже знаем, что его сын Эрвин был казнен нацистами. До этого, 15 февраля 1944 года, дом ученого в Берлине был разрушен в результате бомбежки, при этом погибли все его письма, книги, множество рукописей. К счастью, с весны 1943 года Планк перебрался в имение Рогец, в маленький город на западе от Берлина. Но продвижение союзников превратило в территорию войны и этот район, Планку и его жене Марге пришлось скрываться в лесу и спать в хижине. В довершение ко всему ученый страдал от острых, почти непереносимых болей в спине. Когда войска союзников заняли район, Роберт Поль (1884-1976), профессор экспериментальной физики в Гёттингене, помог Планкам перебраться в Гёттинген, где они расположились в доме племянницы.

Макс Планк со своей женой Маргой на фотографии, снятой в 1946 году, за год до смерти ученого от инсульта. После окончания войны у Планка еще были силы, чтобы пытаться реорганизовать немецкую науку. Его усилия увенчались превращением Общества научных исследований кайзера Вильгельма в одно из ведущих и признанных во всем мире — Общество научных исследований Макса Планка.

В июле 1946 года Планк по приглашению Royal Society побывал в Лондоне на мероприятиях в честь празднования трехсотлетия со дня рождения Ньютона, где был тепло принят всеми участниками. На этой встрече было выработано решение по проблеме, с которой столкнулись оккупационные власти: что делать с Обществом кайзера Вильгельма?

Общество было создано в 1911 году для того, чтобы объединить под эгидой государства несколько научных организаций. Первым его председателем был Адольф фон Гарнак, его сменил Планк, которого, в свою очередь, сменил Карл Бош. Альберт Воглер, ставший председателем во время войны, покончил жизнь самоубийством в апреле 1945 года, чтобы не попасть в плен к американцам. Большая часть персонала Общества была потеряна, часть институтов разрушена. Французы и англичане в своих зонах дали разрешение на продолжение работы, но американцы такого разрешения не давали, так как видели в Обществе очаг влияния нацистов. В мае 1945 года в возрасте 87 лет Планк вновь занял пост председателя организации. Положив начало ее восстановлению, ученый в апреле 1946 года передал свой пост Отто Гану, одному из открывателей деления урана. Последней услугой, оказанной Планком науке своей страны, было достижение договоренности с властями трех западных стран о разрешении на продолжение работы объединенного научного общества в их оккупационных зонах.

Оккупация повлекла еще одно изменение: Обществу необходимо было дать новое название. Имя Планка удовлетворяло все стороны: хотя ученый не уезжал из Германии, он не сотрудничал активно с нацистским режимом, власти преследовали его, он потерял одного из сыновей в результате попытки переворота в июле 1944 года. Так 11 сентября 1946 года родилось Общество научных исследований Макса Планка. Вначале оно получило разрешение на ведение деятельности только от английской стороны, но к июлю 1949 года все три западные державы позволили расширить сферу деятельности Общества на их оккупационные зоны. Председателем Общества Макса Планка стал Отто Ган. Макс фон Лауэ был генеральным секретарем, Вернер Гейзенберг стоял во главе Института физики Макса Планка. Планк чувствовал себя дважды вознагражденным за свои неустанные усилия по сохранению немецкой физики в нацистский период. Почти через год после окончательной отставки, 4 октября 1947 года, Макс Планк умер от инсульта в больнице Гёттингена.