Парадоксальность живых систем или где во вселенной уменьшается энтропия
Наньцюань узнал, что монахи Западного и Восточного залов
монастыря заспорили о том, кому принадлежит монастырская кошка.
Он схватил кошку и сказал монахам: "Тот из вас, кто скажет правду,
спасёт кошку". Все промолчали, и тогда Наньцюань разрубил кошку
пополам. Вечером в монастырь вернулся Чжаочжоу. Наньцюань рассказал ему
о случившемся и спросил его, что бы он сделал на месте монахов.
Чжаочжоу снял сандалии, положил их себе на голову и пошёл прочь.
"Если бы ты был там, кошка была бы спасена!"
- воскликнул Наньцюань.
"Застава без ворот" Случай номер 14.
Я не ученый, поэтому в вопросах естествознания вынужден неизбежно ошибаться. Пусть в этом тексте будет как можно больше ошибок.
Согласно второму и третьему началу термодинамики энтропия в замкнутых системах все время растет достигая максимума. Энтропия есть мера не упорядоченности системы. Низкие значения энтропии означают более высокую степень упорядоченности. Представим себе замкнутый сосуд, наполненный газом и разделенный перегородкой. Если весь газ собрать в одной отгороженной части сосуда и затем убрать перегородку, то газ заполнит все пространство сосуда. При этом энтропия увеличится. Любой вид упорядоченности, пусть это будет просто аккуратно прибранный стол, указывают на уменьшение энтропии.
Научный взгляд обнаруживает парадокс, связанный с ростом неупорядоченности в замкнутых системах. Поскольку время в во всех законах физики обратимо, то с точки зрения физики такое поведение замкнутых систем необъяснимо. То есть энтропия должна равновероятно как уменьшаться, так и расти. Ученые вынуждены ввести понятие наблюдателя. Именно он, наблюдатель, ответственен за рост хаоса (уменьшение упорядоченности) в замкнутых системах. В классических законах физики нет наблюдателя. Наблюдатель вводится искусственно, чтобы объяснить поведение видимой нами части вселенной, где время необратимо и энтропия в замкнутых системах растет.
Итак, в отсутствии наблюдателя (пока мы не смотрим на окружающий мир, например спим) вселенная существует по своим предсказуемым и хорошо объяснимым законам. Чтобы продемонстрировать, как наблюдатель вмешивается в жизнь вселенной, представим себе эксперимент. Поднимем перегородку разделяющую пространство замкнутого сосуда на две части. До начала эксперимента весь газ находится в одной изолированной части. Будем наблюдать за движением газа. Газ состоит из огромного (число Авогадро умноженное на количество молей вещества в сосуде) количество мельчайших частиц - молекул. Все молекулы перемешиваясь, стремятся занять освободившееся пространство. Ученые посчитали, что вероятность равномерно заполнить весь сосуд стремится к единице. Однако существует отличная от нуля вероятность, что все частицы вещества снова соберутся в одной части сосуда. Нам такая ситуация кажется невозможной. Это интуитивное ощущение невозможности точно выражено в цифрах. Хотя такая возможность существует, она очень быстро приближается к нулю в зависимости от количества вещества в сосуде. Однако, с точки зрения классических законов физики,все состояния системы равновероятны. Мы не должны были видеть такое избирательное поведение системы, однако видим его. Все дело в наблюдателе, именно он манипулирует своим восприятием и предпочитает видеть именно эту картинку.
Осталось понять, как наблюдатель вмешивается в равновесное бытие вселенной. Для понимание дальнейшего изложения важно сделать поправку. Когда мы говорим "наблюдатель", мы рискуем сделать существенную ошибку. Простой взгляд полагает, что наблюдатель, это человек, наблюдающий некоторые закономерности в окружающем его мире. Но возникает вопрос: сам человек является материалом эксперимента или он совершенно не зависим от условия лаборатории? В квантовой механике считается что наблюдатель вмешивается в эксперимент и видит картинку искаженной. Но что такое наблюдатель? Его научный прибор, который он использует для измерений является наблюдателем или принадлежит наблюдаемой картине? Глаз и мозг есть наблюдатель или является частью лабораторного окружения. Упрощение чревато парадоксами. Один из них это знаменитый мысленный эксперимент, названный "кошка Шредингера". Говорят, что эпизод является калькой Чеширского кота из "Алисы в стране чудес". Суть эксперимента заключается в том, что в лаборатории происходит случайное срабатывание устройства, которое приводится в движение в результате распада атомного ядра. Эксперимент поставлен так, что, распад происходит с вероятностью 50%. В результате прибор приводится в движение и из него вылетает снаряд, который попадает в коробку, где спрятана кошка. Наблюдатель, который следит за экспериментом, точно знает, что кошка либо жива либо мертва. Для второго наблюдателя, который не был свидетелем эксперимента кошка одновременно и мертва и жива. Он узнает судьбу кошки, только после того, как откроет коробку. Весь это эксперимент очень напоминает ситуацию с газом в разделенном сосуде. С точки зрения законов физики кошка одновременно и жива и мертва. Но мы наблюдает другую картину. Описываемая ситуация, когда наблюдатель не может быть строго идентифицирован и порождает парадоксальные последствия.
Вспоминается отрывок из Линь Цзы Лу:
"Вы должны узнать человека, который играет отражением; это он и есть исконный источник всех Будд, а любое место есть дом, куда возвращается последователь Дао. Это ваше тело, состоящее из четырех великих элементов2, не способно ни излагать Дхарму, ни внимать Дхарме. Ваши селезенка и желудок, печенка и желчный пузырь не способны ни излагать Дхарму, ни внимать Дхарме. Пустота не способна ни излагать Дхарму, ни внимать Дхарме. Что же способно излагать Дхарму и внимать Дхарме? Это как раз и есть вы сами, находящиеся передо мной, четко отличимые [один от другого], не допускающие какого бы то ни было деления [на куски], самостоятельные [источники] света; вот кто способен излагать Дхарму и внимать Дхарме."
Забегая вперед, скажу, что именно наши предпочтения создают привычную картину вселенной. Если мы сможем убрать все "перегородки", тогда сможем подарить жизнь "кошке Шредингера".
Недавно мне рассказали историю. У знакомых дочка учится в университете. Преподаватель, желая продемонстрировать наглядно законы теории вероятности пригласил студентов участвовать в игре.
Трое вышли к доске. Перед студентами поставили три двери. За одной из них спрятан приз. Первый студент выбирает одну из дверей, за которой, как он полагает, спрятан приз. Преподаватель, который на самом деле знает где спрятан приз, открывает другую, за которой нет приза. После этого он спрашивает, студента, действительно ли тот все еще хочешь открыть дверь, которую выбрал. Играли двадцать раз, причем в игре участвовали одновременно три студента. Из двадцати попыток, девушка выиграла 18 раз. Вечером преподаватель разослал студентам письма, в которых продемонстрировал выкладки с расчетом вероятности выигрышей. Вероятность, что девушка выиграла 18 из двадцати равнялась 0,02%. Это означает, что если бы она играла достаточно часто, то из 10000 игр выиграла бы только в двух случаях. Возникает закономерный вопрос, как такое возможно?
Нам часто приходится сталкиваться с ситуациями, когда мы становимся свидетелями событий, вероятность которых ничтожна. Почему же они с нами происходят? Ответ, возможно, таится в крайне специфических свойствах наблюдателя.
Со мной недавно произошел аналогичный случай. Я записался на прием к врачу в поликлинику. Перед походом к врачу, в регистратуре, мне выбрали кабинет (я должен был посетить несколько врачей для медосмотра и не знал с какого начну). Первым мне выпало посетить кабинет номер 139. Затем я пошел в гардероб, чтобы оставит свою верхнюю одежду и мне выдали жетон с номером 139. Помню, я еще хотел пошутить и показать врачу свой жетон, но не стал этого делать. Интуитивно я чувствую, что вероятность, что со мной произошло такое совпадение ничтожно мала. То есть, этого не могло случиться.
Вот еще один пример. Всем хорошо известна история с черной кошкой, которая перебегает дорогу. Мы чувствуем, что это довольно редкое событие, поэтому связываем его с различными приметами. Не так давно, чтобы встретиться с черной кошкой (забавно звучит), я проехал свою станцию метро, зачитавшись интересной книгой. Я не стал возвращаться на метро и решил пройти по улице другим маршрутом, который мне казался не намного длиннее. В длинном переулке я встретил черную кошку, она перебежала мне дорогу. Обстоятельства сложились так, что с одной стороны мне было не удобно поворачивать, шли рядом люди и это могло выглядеть смешно, с другой стороны возвращаться было далеко, поскольку это был узкий и длинный маршрут. Подумалось, что я сам себя не отношу к суеверным людям и мне все равно что случится. Однако непроизвольно в голове включился счетчик в ожидании последствий действия приметы. Через несколько дней моя супруга потеряла деньги. Я посчитал, что я легко отделался, все могло быть хуже. Вероятность, что произошли эти три, сами по себе мало вероятные события одновременно крайне низка. Что же это было? Может быть это была магия?
Все дело в наблюдателе, именно он вносит "странность" в картину мира. Сам он, наблюдатель, довольно странная и специфическая абстракция. Теория вероятности работает, если есть возможность повторить эксперимент. Если речь идет о редких событиях, тогда необходимо повторять эксперимент очень много раз. Например, дочь знакомых должна была играть в игру 10000 раз и больше, чтобы рассчитанные цифры вероятности имели смысл. Когда происходит редкое по нашим соображениям событие, нам кажется, что оно мало вероятно, однако эта иллюзия возникает из-за сильного упрощения ситуации. Это событие, конечно, уникально, но условия для того, чтобы теория вероятности сработала и сделала это событие редким не выполняются. Кошка встретилась один раз и вероятность ее встречи равна 100%. Однако сознание наблюдателя упрощает картину, домысливая, что это событие происходило раньше, может быть не у него, но у других людей точно, иначе откуда возник этот мем - "черная кошка"?
Упрощение, которое делает взгляд на мир не уникальным, повторяемым, иными словами, обывательским, ответственно за то что человек видит мнимую многократную повторяемость событий мира, одинаковость людей и вещей. Обычный человек различает короткий набор цветов. Художник видит их тысячи. Обычный человек не может воспроизвести музыку и даже ее понять. Для хорошего музыканта ни одно исполнение не повторяется. Этот заостренный взгляд различает мир, время, события, вещи и людей неповторимыми и уникальными. Для такого уникального взгляда на вселенную все становится закономерным, исчезает возможность и место, где случайность входит в свои права.
Иван из русской сказки посылает стрелу в болото. В жены ему достается лягушка. Иван, хотя и дурак, делает правильный выбор. Обывательский, упрощенный взгляд все оценивает только с точки зрения победы и поражения. Внимательный, чуткий и непосредственный Иван находит свою любовь.
Парадоксальное поведение живых систем и есть соль и содержание жизни. Жизнь делает не "правильный", а парадоксальный выбор и поэтому выигрывает. Жизнь действует не по правилам, она сама создает правила. Жизнь вообще не выбирает.
Внимательный читатель задаст закономерный вопрос. Причем здесь энтропия? Энтропия, как мера неупорядоченности замкнутых систем указывает на то, что наблюдатель в эксперименте видит не точную картину, но некоторый усредненный показатель, сумму координат и скоростей всех частиц в лабораторной системе. Насколько же должен быть заострен взгляд человека, чтобы различать координаты практически астрономического числа частиц в системе? Если этого не происходит, тогда начинают работать законы вероятности. Но Бог не играет в кости, как справедливо заметил Эйнштейн. И снова возвращаемся к наблюдателю. Именно он ответственен за искажения и усреднения. Именно он не может удержать своим взглядом эти частицы. Но кто может?
Есть такой человек. Имя ему - вселенная. Она все знает и она все видит. Она и есть мы с вами, она не отделима от нас и мы не отделимы от нее.
монастыря заспорили о том, кому принадлежит монастырская кошка.
Он схватил кошку и сказал монахам: "Тот из вас, кто скажет правду,
спасёт кошку". Все промолчали, и тогда Наньцюань разрубил кошку
пополам. Вечером в монастырь вернулся Чжаочжоу. Наньцюань рассказал ему
о случившемся и спросил его, что бы он сделал на месте монахов.
Чжаочжоу снял сандалии, положил их себе на голову и пошёл прочь.
"Если бы ты был там, кошка была бы спасена!"
- воскликнул Наньцюань.
"Застава без ворот" Случай номер 14.
Я не ученый, поэтому в вопросах естествознания вынужден неизбежно ошибаться. Пусть в этом тексте будет как можно больше ошибок.
Согласно второму и третьему началу термодинамики энтропия в замкнутых системах все время растет достигая максимума. Энтропия есть мера не упорядоченности системы. Низкие значения энтропии означают более высокую степень упорядоченности. Представим себе замкнутый сосуд, наполненный газом и разделенный перегородкой. Если весь газ собрать в одной отгороженной части сосуда и затем убрать перегородку, то газ заполнит все пространство сосуда. При этом энтропия увеличится. Любой вид упорядоченности, пусть это будет просто аккуратно прибранный стол, указывают на уменьшение энтропии.
Научный взгляд обнаруживает парадокс, связанный с ростом неупорядоченности в замкнутых системах. Поскольку время в во всех законах физики обратимо, то с точки зрения физики такое поведение замкнутых систем необъяснимо. То есть энтропия должна равновероятно как уменьшаться, так и расти. Ученые вынуждены ввести понятие наблюдателя. Именно он, наблюдатель, ответственен за рост хаоса (уменьшение упорядоченности) в замкнутых системах. В классических законах физики нет наблюдателя. Наблюдатель вводится искусственно, чтобы объяснить поведение видимой нами части вселенной, где время необратимо и энтропия в замкнутых системах растет.
Итак, в отсутствии наблюдателя (пока мы не смотрим на окружающий мир, например спим) вселенная существует по своим предсказуемым и хорошо объяснимым законам. Чтобы продемонстрировать, как наблюдатель вмешивается в жизнь вселенной, представим себе эксперимент. Поднимем перегородку разделяющую пространство замкнутого сосуда на две части. До начала эксперимента весь газ находится в одной изолированной части. Будем наблюдать за движением газа. Газ состоит из огромного (число Авогадро умноженное на количество молей вещества в сосуде) количество мельчайших частиц - молекул. Все молекулы перемешиваясь, стремятся занять освободившееся пространство. Ученые посчитали, что вероятность равномерно заполнить весь сосуд стремится к единице. Однако существует отличная от нуля вероятность, что все частицы вещества снова соберутся в одной части сосуда. Нам такая ситуация кажется невозможной. Это интуитивное ощущение невозможности точно выражено в цифрах. Хотя такая возможность существует, она очень быстро приближается к нулю в зависимости от количества вещества в сосуде. Однако, с точки зрения классических законов физики,все состояния системы равновероятны. Мы не должны были видеть такое избирательное поведение системы, однако видим его. Все дело в наблюдателе, именно он манипулирует своим восприятием и предпочитает видеть именно эту картинку.
Осталось понять, как наблюдатель вмешивается в равновесное бытие вселенной. Для понимание дальнейшего изложения важно сделать поправку. Когда мы говорим "наблюдатель", мы рискуем сделать существенную ошибку. Простой взгляд полагает, что наблюдатель, это человек, наблюдающий некоторые закономерности в окружающем его мире. Но возникает вопрос: сам человек является материалом эксперимента или он совершенно не зависим от условия лаборатории? В квантовой механике считается что наблюдатель вмешивается в эксперимент и видит картинку искаженной. Но что такое наблюдатель? Его научный прибор, который он использует для измерений является наблюдателем или принадлежит наблюдаемой картине? Глаз и мозг есть наблюдатель или является частью лабораторного окружения. Упрощение чревато парадоксами. Один из них это знаменитый мысленный эксперимент, названный "кошка Шредингера". Говорят, что эпизод является калькой Чеширского кота из "Алисы в стране чудес". Суть эксперимента заключается в том, что в лаборатории происходит случайное срабатывание устройства, которое приводится в движение в результате распада атомного ядра. Эксперимент поставлен так, что, распад происходит с вероятностью 50%. В результате прибор приводится в движение и из него вылетает снаряд, который попадает в коробку, где спрятана кошка. Наблюдатель, который следит за экспериментом, точно знает, что кошка либо жива либо мертва. Для второго наблюдателя, который не был свидетелем эксперимента кошка одновременно и мертва и жива. Он узнает судьбу кошки, только после того, как откроет коробку. Весь это эксперимент очень напоминает ситуацию с газом в разделенном сосуде. С точки зрения законов физики кошка одновременно и жива и мертва. Но мы наблюдает другую картину. Описываемая ситуация, когда наблюдатель не может быть строго идентифицирован и порождает парадоксальные последствия.
Вспоминается отрывок из Линь Цзы Лу:
"Вы должны узнать человека, который играет отражением; это он и есть исконный источник всех Будд, а любое место есть дом, куда возвращается последователь Дао. Это ваше тело, состоящее из четырех великих элементов2, не способно ни излагать Дхарму, ни внимать Дхарме. Ваши селезенка и желудок, печенка и желчный пузырь не способны ни излагать Дхарму, ни внимать Дхарме. Пустота не способна ни излагать Дхарму, ни внимать Дхарме. Что же способно излагать Дхарму и внимать Дхарме? Это как раз и есть вы сами, находящиеся передо мной, четко отличимые [один от другого], не допускающие какого бы то ни было деления [на куски], самостоятельные [источники] света; вот кто способен излагать Дхарму и внимать Дхарме."
Забегая вперед, скажу, что именно наши предпочтения создают привычную картину вселенной. Если мы сможем убрать все "перегородки", тогда сможем подарить жизнь "кошке Шредингера".
Недавно мне рассказали историю. У знакомых дочка учится в университете. Преподаватель, желая продемонстрировать наглядно законы теории вероятности пригласил студентов участвовать в игре.
Трое вышли к доске. Перед студентами поставили три двери. За одной из них спрятан приз. Первый студент выбирает одну из дверей, за которой, как он полагает, спрятан приз. Преподаватель, который на самом деле знает где спрятан приз, открывает другую, за которой нет приза. После этого он спрашивает, студента, действительно ли тот все еще хочешь открыть дверь, которую выбрал. Играли двадцать раз, причем в игре участвовали одновременно три студента. Из двадцати попыток, девушка выиграла 18 раз. Вечером преподаватель разослал студентам письма, в которых продемонстрировал выкладки с расчетом вероятности выигрышей. Вероятность, что девушка выиграла 18 из двадцати равнялась 0,02%. Это означает, что если бы она играла достаточно часто, то из 10000 игр выиграла бы только в двух случаях. Возникает закономерный вопрос, как такое возможно?
Нам часто приходится сталкиваться с ситуациями, когда мы становимся свидетелями событий, вероятность которых ничтожна. Почему же они с нами происходят? Ответ, возможно, таится в крайне специфических свойствах наблюдателя.
Со мной недавно произошел аналогичный случай. Я записался на прием к врачу в поликлинику. Перед походом к врачу, в регистратуре, мне выбрали кабинет (я должен был посетить несколько врачей для медосмотра и не знал с какого начну). Первым мне выпало посетить кабинет номер 139. Затем я пошел в гардероб, чтобы оставит свою верхнюю одежду и мне выдали жетон с номером 139. Помню, я еще хотел пошутить и показать врачу свой жетон, но не стал этого делать. Интуитивно я чувствую, что вероятность, что со мной произошло такое совпадение ничтожно мала. То есть, этого не могло случиться.
Вот еще один пример. Всем хорошо известна история с черной кошкой, которая перебегает дорогу. Мы чувствуем, что это довольно редкое событие, поэтому связываем его с различными приметами. Не так давно, чтобы встретиться с черной кошкой (забавно звучит), я проехал свою станцию метро, зачитавшись интересной книгой. Я не стал возвращаться на метро и решил пройти по улице другим маршрутом, который мне казался не намного длиннее. В длинном переулке я встретил черную кошку, она перебежала мне дорогу. Обстоятельства сложились так, что с одной стороны мне было не удобно поворачивать, шли рядом люди и это могло выглядеть смешно, с другой стороны возвращаться было далеко, поскольку это был узкий и длинный маршрут. Подумалось, что я сам себя не отношу к суеверным людям и мне все равно что случится. Однако непроизвольно в голове включился счетчик в ожидании последствий действия приметы. Через несколько дней моя супруга потеряла деньги. Я посчитал, что я легко отделался, все могло быть хуже. Вероятность, что произошли эти три, сами по себе мало вероятные события одновременно крайне низка. Что же это было? Может быть это была магия?
Все дело в наблюдателе, именно он вносит "странность" в картину мира. Сам он, наблюдатель, довольно странная и специфическая абстракция. Теория вероятности работает, если есть возможность повторить эксперимент. Если речь идет о редких событиях, тогда необходимо повторять эксперимент очень много раз. Например, дочь знакомых должна была играть в игру 10000 раз и больше, чтобы рассчитанные цифры вероятности имели смысл. Когда происходит редкое по нашим соображениям событие, нам кажется, что оно мало вероятно, однако эта иллюзия возникает из-за сильного упрощения ситуации. Это событие, конечно, уникально, но условия для того, чтобы теория вероятности сработала и сделала это событие редким не выполняются. Кошка встретилась один раз и вероятность ее встречи равна 100%. Однако сознание наблюдателя упрощает картину, домысливая, что это событие происходило раньше, может быть не у него, но у других людей точно, иначе откуда возник этот мем - "черная кошка"?
Упрощение, которое делает взгляд на мир не уникальным, повторяемым, иными словами, обывательским, ответственно за то что человек видит мнимую многократную повторяемость событий мира, одинаковость людей и вещей. Обычный человек различает короткий набор цветов. Художник видит их тысячи. Обычный человек не может воспроизвести музыку и даже ее понять. Для хорошего музыканта ни одно исполнение не повторяется. Этот заостренный взгляд различает мир, время, события, вещи и людей неповторимыми и уникальными. Для такого уникального взгляда на вселенную все становится закономерным, исчезает возможность и место, где случайность входит в свои права.
Иван из русской сказки посылает стрелу в болото. В жены ему достается лягушка. Иван, хотя и дурак, делает правильный выбор. Обывательский, упрощенный взгляд все оценивает только с точки зрения победы и поражения. Внимательный, чуткий и непосредственный Иван находит свою любовь.
Парадоксальное поведение живых систем и есть соль и содержание жизни. Жизнь делает не "правильный", а парадоксальный выбор и поэтому выигрывает. Жизнь действует не по правилам, она сама создает правила. Жизнь вообще не выбирает.
Внимательный читатель задаст закономерный вопрос. Причем здесь энтропия? Энтропия, как мера неупорядоченности замкнутых систем указывает на то, что наблюдатель в эксперименте видит не точную картину, но некоторый усредненный показатель, сумму координат и скоростей всех частиц в лабораторной системе. Насколько же должен быть заострен взгляд человека, чтобы различать координаты практически астрономического числа частиц в системе? Если этого не происходит, тогда начинают работать законы вероятности. Но Бог не играет в кости, как справедливо заметил Эйнштейн. И снова возвращаемся к наблюдателю. Именно он ответственен за искажения и усреднения. Именно он не может удержать своим взглядом эти частицы. Но кто может?
Есть такой человек. Имя ему - вселенная. Она все знает и она все видит. Она и есть мы с вами, она не отделима от нас и мы не отделимы от нее.