Квантовый кот вселенной - Эрвин Шредингер

Как бы практически незначительно ни было трение и нагревание в часах, все же не может быть сомнения, что вторая точка зрения, которая не пренебрегает ими, более основательна, даже если мы имеем дело с регулярным движением часов, приводимых в действие пружиной. Ибо не следует думать, что движущий механизм действительно совершенно устраняет статистическую сторону процесса. Истинная физическая картина не исключает того, что даже правильно идущие часы могут внезапно обратить свое движение и, работая назад, завести свою собственную пружину за счет затраты тепла окружающей среды. Это событие «еще немного менее вероятно», чем «броуновский пароксизм» для часов, совсем не имеющих заводного механизма.

Часовой механизм в конечном счете оказывается статистическим

Давайте теперь рассмотрим создавшееся положение. «Простой» случай, который мы анализировали, служит примером многих других – по существу всех, избегающих на первый взгляд всеохватывающего принципа молекулярной статистики. Часы, сделанные из реальной физической материи (в противоположность воображаемым), не будут «истинным часовым механизмом». Элемент случайности может быть более или менее снижен; вероятность того, что часы неожиданно пойдут совершенно неправильно, может быть бесконечно малой, но в основе она всегда остается. Трение и тепловые влияния имеют место даже в движении небесных тел. Вращение земли постепенно замедляется приливным трением и вместе с этим замедлением луна постепенно отступает от земли, чего не случилось бы, если бы земля была совершенно твердым вращающимся шаром.

Тем не менее остается фактом, что «реальные часовые механизмы» ясно проявляют весьма выраженные черты «порядка из порядка», такого типа черты, которые возбудили у физика волнение, когда он встретился с ними в организме. Кажется вероятным, что оба случая в конце концов имеют нечто общее. Теперь остается рассмотреть, в чем это общее и в чем заключается то поразительное различие, которое делает случай организма в конечном счете новым и беспрецедентным.

Теорема Нернста

Когда же физическая система – любой вид ассоциации атомов – обнаруживает «динамический закон» (в смысле Планка) или «черты часового механизма»? Квантовая теория дает на этот вопрос краткий ответ, а именно – при абсолютном нуле температуры. При приближении к температуре нуль молекулярная неупорядоченность перестает влиять на физические явления. Это было, между прочим, открыто не теорией, а тщательным исследованием химических реакций в широких температурных границах и последующей экстраполяцией результатов на фактически недостижимую температуру абсолютного нуля. Это – знаменитая «тепловая теорема» Вальтера Нернста, которой иногда, и не без основания, присваивают громкое название «Третьего закона термодинамики» (первый – это принцип сохранения энергии, второй – принцип энтропии).

Квантовая теория дает рациональное основание эмпирическому закону Нернста и в то же время позволяет определить, как близко данная система должна подойти к абсолютному нулю, чтобы выявить приблизительно «динамическое» поведение. Какая же температура в каждом отдельном случае практически уже эквивалентна нулю?

Так вот, не следует думать, что это должна быть всегда очень низкая температура. Действительно, открытие Нернста было подсказано тем фактом, что даже при комнатной температуре энтропия играет удивительно незначительную роль во многих химических реакциях (напомню, что энтропия – это прямая мера молекулярной неупорядоченности, а именно – ее логарифм).

Маятниковые часы находятся, в сущности, при нулевой температуре

Как же относительно маятниковых часов? Для маятниковых часов комнатная температура практически эквивалентна нулю. Это – причина того, что они работают «динамически». Они будут продолжать работать, если их охлаждать (при условии, что удалены все следы смазки), но они не будут работать, если их нагревать выше комнатной температуры, ибо в конце концов они расплавятся.

Отношение между часовым механизмом и организмом

То, что будет сказано ниже, хотя и кажется весьма тривиальным, но, я думаю, попадает в главную точку. Часы способны функционировать «динамически», так как они построены из твердых тел, форма которых удерживается Гейтлер-Лондоновскими силами достаточно прочно, чтобы избежать нарушающего действия теплового движения при обычной температуре.

Теперь, я думаю, надо немного слов, чтобы сформулировать сходство между часовым механизмом и организмом. Оно просто и исключительно сводится к тому, что последний также построен вокруг твердого тела – апериодического кристалла, образующего наследственное вещество, не подверженное в основном воздействию беспорядочного теплового движения. Но, пожалуйста, не ставьте мне в вину, что я будто бы называю хромосомные нити «зубцами органической машины», по крайней мере не делайте этого без ссылки на те глубокие физические теории, на которых основано сходство.

Потому что, действительно, не нужно большого красноречия, чтобы напомнить основное различие между ними обоими и оправдать для биологического случая эпитеты – новый и беспрецедентный.

Наиболее поразительными отличиями являются: во-первых, своеобразное распределение зубцов в многоклеточном организме (я могу напомнить несколько поэтическое описание в § 62) и, во-вторых, тот факт, что отдельный зубец – это не грубое человеческое изделие, но прекраснейший шедевр, когда-либо достигнутый по линии господней квантовой механики.

Эпилог. О детерминизме и свободе воли

В награду за труд по изложению чисто научной стороны нашей проблемы sine ira et studio[38] я прошу теперь разрешить мне высказать собственный, неизбежно субъективный взгляд на философское значение вопроса.

Из того, что было изложено выше, ясно, что протекающие в теле живого существа пространственно-временные процессы, которые соответствуют его мышлению, самосознанию или любой другой деятельности (даже если учесть их сложность и современное статистическое объяснение физико-химии), если не вполне строго детерминированы, то во всяком случае статистически детерминированы. Для физика я хочу подчеркнуть, что вопреки мнению некоторых других ученых квантовая неопределенность, по моему мнению, не имеет принципиального значения для биологических процессов. Она может только повышать роль случайности в таких явлениях, как мейоз, естественные и искусственно вызванные х-лучами мутации и т. д., что вполне понятно и достаточно хорошо известно.

Для целей дальнейшего обсуждения интересующей меня проблемы разрешите считать это доказанным. Так, по моему убеждению, поступил бы каждый непредубежденный биолог, если бы, как это нередко бывает, ему не было неприятно утверждение, что «сам он в сущности только чистый механизм». Это неприятное чувство возникает потому, что принято думать, будто такое представление находится в противоречии со свободой воли, существование которой подтверждается прямым самонаблюдением.

Но непосредственные восприятия, какими бы различными и несравнимыми они ни были, сами по себе не могут логически противоречить друг другу.