1.10: Сучасний світогляд
- Page ID
- 51609
Інтро
Мозаїка Contemporary, ймовірно, буде виглядати більш звичною для нас, ніж її попередники. Вона включає, врешті-решт, теорії та методи, які викладаються в тих самих університетах, які ви відвідуєте. Ми несемо сучасну мозаїку приблизно з 1920-х років. Він включає прийняті теорії, такі як неврологія, квантова механіка, спеціальна та загальна теорія відносності та космологія, які ми розглянемо більш глибоко нижче, крім теорій еволюційної біології, генетики, хімії, психології, соціології, економіки та історії.
Важливо пам'ятати, що, як і всі попередні мозаїки, мозаїка Contemporary знаходиться в безперервному стані потоку. Іншими словами, мозаїка 1920 року не ідентична мозаїці сьогоднішнього дня. Крім того, як ми підкреслювали в розділі 2, наш нинішній набір прийнятих теорій і застосовуваних методів жодним чином не є абсолютно вірним. Ми вважаємо, що це найкращі доступні описи відповідних об'єктів, але ми також готові замінити наші найкращі описи ще кращими. Розглянемо, наприклад, прийняття бозона Хіггса, відображення генома людини або відкриття нових пірамід в Єгипті. Отже, хоча ми іноді ставимося до нашого Сучасного світогляду як незмінного і чогось вже кристалізованого, воно дуже сильно модифікується, оскільки ми дізнаємося більше про світ.
Давайте розпочнемо наше цілеспрямоване обговорення сучасного світогляду з області когнітивної неврології та метафізичних принципів, призначених у цій дисципліні.
Когнітивна неврологія
Неврологія - це вивчення нервової системи і має на меті краще зрозуміти функції мозку. Когнітивна наука - це вивчення розуму і його процесів. Когнітивна неврологія поєднує ці два поля і прагне зрозуміти процеси розуму як функції мозку. Центральне метафізичне питання тут полягає в тому, чи може розум існувати незалежно від мозку чи чогось матеріального, чи розум вимагає існування матеріального субстрату для його створення. У попередніх історичних розділах ми бачили, що картезіани та ньютонійці прийняли метафізичну концепцію дуалізму, яка вважає, що розум і матерія є незалежними речовинами. Нагадаємо, наприклад, як декартові механістичні фізіологи не могли з'ясувати прийнятний спосіб взаємодії розуму з матерією. Ця проблема загострилася в дев'ятнадцятому столітті, коли став прийнятий закон збереження енергії. Закон передбачає, що фізичний світ причинно закритий, і тому нефізичний розум не може впливати на фізичний мозок. Враховуючи це обмеження та нейронаукові теорії, прийняті в сучасній мозаїці, дуалізм субстанцій більше не розглядається як найкращий доступний опис відносин між розумом і матерією.
Дуалізм - це відповідь на питання про кількість різних незалежних речовин, які насправді існують. Він відповідає, що є два незалежних речовини. Плюралізм — метафізичний принцип, неявний в аристотелівсько-середньовічному світогляді — відповідає, що існує багато незалежних речовин. Ще одна можлива відповідь - це монізм: що існує лише одна незалежна речовина.
Різні різновиди монізму мають різне розуміння природи цього єдиного самостійного речовини. Розглянемо різні види монізму.
Один з видів монізму називається ідеалізмом. Ідеалізм говорить нам, що існує лише одна незалежна субстанція - розум. Іншими словами, всі матеріальні речі у світі є просто продуктами або проявами розуму. Ідеалізм має два основних підтипи: суб'єктивний і об'єктивний ідеалізм. Суб'єктивний ідеалізм говорить про те, що існування матеріальних об'єктів залежить від сприйняття тих об'єктів індивідуальним розумом, тобто бути - це сприйматися.
По суті, суб'єктивні ідеалісти стверджують, що об'єкти можна сказати, існують лише як сприйняття всередині індивідуального розуму. Щоб підтримати це твердження, вони запитують, як можна уявити несприйнятий матеріальний об'єкт. Тобто запитують, як виглядає щось незалежне від розуму (тобто щось несприйняте). Відповісти на це питання, однак, неможливо, тому що як тільки ви намагаєтеся щось уявити, ви покладаєтеся на розум. Отже, згідно з суб'єктивним ідеалізмом, матеріальні об'єкти не можуть існувати незалежно від розуму. Суб'єктивний ідеалізм найчастіше пов'язаний з ірландським філософом Джорджем Берклі.
Суб'єктивний ідеалізм є проблематичним, оскільки не зовсім зрозуміло, чому різні індивідуальні уми сприймають одні й ті ж речі. Наприклад, якщо дві людини дивляться на один і той же об'єкт, вони, як правило, матимуть подібне сприйняття цього об'єкта. Тому повинен існувати якийсь механізм, який гарантує узгодженість сприйняття між різними індивідуальними умами.
Щоб вирішити цю проблему, деякі філософи постулювали існування універсального розуму, такого як розум Бога, який гарантує, що сприйняття різних індивідуальних розумів буде узгоджено. Цей крок, однак, веде нас до об'єктивного ідеалізму, який вважає, що все залежить і існує в розумі єдиного об'єктивного сприймача.
Важливо відзначити, що об'єктивний ідеалізм не заперечує, що матеріальні об'єкти існують поза індивідуальними умами. Але вона заперечує, що матеріальний світ може існувати поза цим єдиним, універсальним розумом. Цей підтип ідеалізму пов'язаний з німецьким філософом Георгом Вільгельмом Фрідріхом Гегелем. Нерідко об'єктивні ідеалісти розуміють матеріальний світ як прояв цього об'єктивного, вселенського розуму. У нашому сучасному розумінні це схоже на комп'ютерне моделювання. В рамках цього моделювання відбувається кілька речей. По-перше, будь-хто сприйняття (змодельованого) матеріального світу було б схоже на всіх інших. по-друге, будь-хто досвід цього матеріального світу залежить від програми, яка запускає моделювання, а не окремі уми в рамках моделювання.
Щоб бути зрозумілим, ідеалізм не означає, що матеріального світу не існує. Натомість ідеалізм стверджує, що матеріальний світ не може існувати без розуму — суб'єктивного чи об'єктивного. Іншими словами, розум - єдина самостійна субстанція.
На відміну від ідеалізму, існує ще одна моністська позиція, відома як матеріалізм. Матеріалізм також говорить нам, що існує лише одна незалежна субстанція, але ця речовина - це матерія, а не розум. Для матеріалістів всі психічні стани, думки, емоції, спогади і сприйняття є продуктами якогось матеріального процесу. До нового часу було дуже важко зрозуміти, як це можливо.
Третя різновид монізму називається нейтральним монізмом. Відповідно до нейтрального монізму, існує тільки одна самостійна субстанція, яка не є ні чисто матеріальним, ні чисто ідеальним, а нейтральною речовиною, яка одночасно є і матеріальною, і ідеальною. На думку нейтральних моністів, все у Всесвіті - це і матерія, і розум: немає нічого чисто матеріального або чисто ідеального. Іншими словами, все матеріальне, як кажуть, має деякі розумові здібності, хоча і дуже мінімальні. Так само все ідеальне, як кажуть, передбачає той чи інший матеріальний процес. У цій точці зору матерія і розум - це просто дві сторони однієї медалі; сама природа, в певному сенсі, нейтральна. Однією з традиційних різновидів нейтрального монізму є ідея про те, що природа (матерія) і Бог (розум) по суті є одним і тим же: божественний розум не існує поза природою, а природа не існує незалежно від божественного розуму. Одним з найпомітніших чемпіонів цієї версії нейтрального монізму є філософ Барух Спіноза. Аналогічну думку схвалив фізик Альберт Ейнштейн. Ще більш сучасна версія нейтрального монізму говорить про те, що кожен біт матерії містить в собі інформацію про її поточний стан, а також її минулі стани і, можливо, її можливі майбутні стани. Але інформація, в цьому погляді, є чимось ідеальним — це дані, «збережені» в природі і «оброблені» природою. Вся природа, у цій точці зору, стає величезним комп'ютером, який обробляє величезні обсяги інформації щосекунди, щоб вирішити, що відбувається з кожним бітом питання.
Отже, дуалізм, ідеалізм, матеріалізм і нейтральний монізм - це наші варіанти щодо відносин між розумом і матерією. Чотири концепції підсумовані в наступній таблиці:
Картезіани та ньютоніанці обидва відпочивали в таборі дуалізму. Це було пов'язано не просто з прийняттям ними християнських богословських вірувань про безсмертя душі. Як для картезіанців, так і для ньютоніанців матеріальні системи були в певному сенсі машинними, але здавалося немислимим, що наш розум може бути машиною. Декарт зазначив, що людський розум був «універсальним інструментом», який можна гнучко використовувати у всіляких ситуаціях, тоді як всі машини, про які він знав, були жорстко налаштовані для виконання однієї конкретної функції.
Який погляд на взаємозв'язок розуму і матерії є частиною сучасного світогляду? Що ми дізналися про розум у минулому столітті, який міг би пролити світло на це питання?
Неврологія почалася в дев'ятнадцятому столітті, коли значні вдосконалення мікроскопів дозволили зрозуміти мікромасштабну структуру живих істот. Іспанський нейроанатом Сантьяго Рамон і Кахаль показав, що нервова система, як і інші системи організму, складається з різних живих клітин, які він назвав нейронами. Рамон і Кахаль припускав, що нейрони зі своїми складними деревоподібними гілками сигналізували один одному і формували робочі одиниці мозку. За сучасними оцінками, людський мозок містить 86 мільярдів нейронів. Речовина мозку чітко володіла організованою складністю, яку можна було б припустити, що мисляча машина знадобиться. Але як машина могла думати?
На початку ХХ століття багато нейробіологів працювали над розумінням електричних та хімічних механізмів сигналізації нейронів. Але ця робота сама по собі давала мало розуміння того, як чи може мозок бути фізичною основою розуму. Необхідне розуміння прийшло з іншого поля. У 1936 році математик Алан Тьюринг довів, що теоретично можна для простої машини, яка тепер називається машиною Тьюринга, виконувати будь-які математичні обчислення, доки це може бути чітко визначено. Знахідка Тьюринга, по суті, спростувала Декарта твердження про те, що машині не вистачало гнучкості, щоб бути універсальним інструментом. Хоча робота Тьюринга спочатку була спрямована на вирішення проблеми в філософських основах математики, він та інші незабаром зрозуміли, що вона також має практичне значення. Це призвело безпосередньо до розвитку цифрової електронної обчислювальної машини. До початку двадцять першого століття ця машина і рудиментарна форма машинної «думки» стали постійно присутньою особливістю повсякденного життя.
Здатність виконувати, за лічені секунди, математичні обчислення, які займуть роки чи століття для неозброєної людини, мала глибокий вплив на багато областей науки, включаючи, особливо спробу зрозуміти розум. Ранні когнітивні вчені припускали, що розум буквально працював як нинішні комп'ютери і функціонував, маніпулюючи символами відповідно до логічних правил. Цей підхід зустрівся з деякими успіхами, оскільки комп'ютери можуть бути запрограмовані на виконання завдань, які потребуватимуть великих інтелектуальних зусиль, якщо вони виконуються людьми, як бити великих магістрів у шахах або довести математичні теореми. Але дослідники незабаром зрозуміли, що стиль обчислень мозку сильно відрізняється від стилю сучасних комп'ютерів, і що розуміння розуму вимагатиме розуміння того, як нейрони мозку взаємодіють один з одним, щоб створити його. До кінця двадцятого століття когнітивна наука і неврологія об'єдналися як когнітивна неврологія. Будучи універсальними інструментами, цифрові комп'ютери можуть бути запрограмовані на імітацію ідеалізованих мереж взаємодіючих нейронів. Ці штучні нейронні мережі мають здатність вчитися і виявилися здатними гнучко навчатися виконувати такі завдання, як розпізнавання та класифікація шаблонів, завдання, які, як вважають, мають вирішальне значення для їх біологічних аналогів. Замість того, щоб просто реагувати на його входи, було виявлено, що мозок знаходиться в стані постійної, внутрішньо керованої діяльності, утворюючи динамічну систему, яка постійно передбачає і прогнозує свої входи.
Більше доказів того, що мозок є фізичним субстратом розуму, походить від нових технологій, таких як функціональна магнітно-резонансна томографія (ФМРТ) для безпосередньої візуалізації функціональних процесів в живому мозку людини. По суті, фМРТ вимірює кровотік всередині мозку. Збільшення припливу крові до певної ділянки мозку вказує на нервову активність і когнітивне використання цієї ділянки мозку. FMRI дозволяє нейробіологам зображувати різні ділянки мозку, активовані у відповідь на різні подразники. Під час поведінкового експерименту нейробіолог може попросити випробуваного виконати просте завдання або згадати пам'ять, яка викликає певні емоції. Картуючи різні процеси мозку на різні ділянки мозку, неврологи можуть успішно передбачити і виміряти, які частини мозку суб'єкта активізуються у відповідь на їхні вказівки. Таким чином, вони обумовлюють, що розумові завдання, такі як відчуття емоції або переживання пам'яті, є результатом нервової діяльності мозку.
Когнітивні нейробіологи визнають, що мозок є фізичним субстратом розуму, і проводять теоретичний рахунок, який прагне пояснити когнітивні процеси, такі як сприйняття, розум, емоції та прийняття рішень на цій основі. Твердження про те, що психічні стани виробляються фізичними процесами, несумісне з дуалізмом субстанцій. Насправді, якщо психічні стани породжуються фізичним процесом, це є сильним свідченням того, що розум не існує без основних матеріальних процесів. Іншими словами, це наводить на думку матеріалізму, яка стверджує, що матерія є єдиною самостійною субстанцією.
Квантова механіка
Оцінити, що матерія є єдиною речовиною - це одне, мати чітке розуміння того, що таке матерія і якими властивостями вона володіє, - це інша річ. Можна з упевненістю сказати, що саме поняття матерії змінювалося з часом. Щоб проілюструвати ці зміни, розглянемо різні варіанти знаменитого експерименту з подвійною щілиною. Уявіть стіну з щілиною перед іншою суцільною стіною. Тепер, розглянути гольфіст удару кулі, покриті фарбою в напрямку двох стін. Хоча деякі кульки, швидше за все, вдаряться в першу стіну, інші пройдуть через щілину і залишають сліди на задній стінці. Поступово на задній стінці з'явиться лінійна форма. Тепер давайте додамо ще одну щілину до передньої стінки. Якого роду шаблон ми очікуємо в цій установці? Ми очікуємо двох намальованих ліній на задній стінці, як так:
Ця картина дуже співзвучна прогнозам ньютонівської механіки, де за першим законом Ньютона кулі повинні рухатися по прямих лініях, якщо на них не впливає будь-яка інша сила.
Нагадаємо, однак, зміна ньютонівської концепції матерії обговорювалася в кінці глави 9. Після прийняття хвильової теорії світла в 1819 році поняття матерії було розширено, включивши не тільки тільця, але і хвилі в рідкому середовищі, званому світлоносним ефіром. Уявіть, що ми замінили гольфіста з джерелом світла. Якби світло складався з тілець, то, що стосується м'ячів для гольфу, можна було б очікувати зображення двох прямих ліній на задньому екрані. Однак, якщо щілини досить вузькі, і досить близько один до одного, зображення, викликане світлом, що просвічує через дві щілини і зображений на задньому екрані, не буде з двох ліній. Замість цього було б кілька рядків:
Це дивне явище було приємно пояснено хвильовою теорією світла. Згідно з цією теорією, світлові хвилі проходять процес, званий дифракцією. Дифракція - це вигин хвилі навколо об'єкта або після проходження через отвір, яке є вузьким по відношенню до довжини хвилі світлової хвилі. Так, замість того, щоб продовжувати по прямій лінії після проходження через одну щілину, хвиля починає розтікатися. Однак в експерименті у нас є дві щілини. Оскільки світлові хвилі проходять через обидві щілини і починають дифрагувати з іншого боку першого екрану, вони починають заважати один одному. Це схоже на скидання двох каменів у басейн спокійної води одночасно. Брижі врешті-решт вдарять один одного і створюють все більші та менші хвилі. Це явище відоме як інтерференція, яка також трапляється з хвилями світла.
Існує два типи перешкод. При руйнівних втручаннях гребені та жолоби двох хвиль виходять з синхронізації і скасовують один одного, утворюючи темніші області на екрані за щілинами. Конструктивні перешкоди трапляються, коли гребені та жолоби двох хвиль синхронізовані, а хвилі підсилюють один одного, утворюючи кілька яскравих областей на екрані.
Хвильова теорія світла була прийнята в ньютонівському світогляді приблизно до 1880-х років. Після цього ньютоніанці прийняли класичну електродинаміку, яка представляла собою теорію, яка дала єдиний облік як електричних, так і магнітних явищ. У цій теорії світло все ще розглядається як хвиля, але на цей раз як електромагнітне випромінювання, тобто хвиля в електромагнітному полі, яке поширюється через порожній простір без необхідності в середовищі, подібному до світлоносного ефіру.
Однак до 1920-х років ньютонівська ідея про те, що фундаментальні фізичні сутності були або частинками, або хвилями, прийшла на зміну іншою ідеєю - ідеєю подвійності хвиль і частинок. Щоб краще зрозуміти цей перехід, нам потрібно заглибитися в елемент сучасної мозаїки: квантову механіку.
Квантова механіка — це фізичне вивчення квантового світу — фізики дуже крихітних речей. Він намагається пояснити, як матерія поводиться і взаємодіє з енергією в масштабі атомів і субатомних частинок. Експеримент з подвійною щілиною був проведений знову в 1920-х роках, щоб отримати нове уявлення про природу квантових явищ. Завдання полягало в тому, щоб з'ясувати, чи є елементарні частинки, такі як електрони, тільця або хвилі. Експеримент з подвійною щілиною в цьому контексті був трохи змінений. Замість джерела світла пістолет частинок використовувався для стрільби елементарних частинок, таких як електрони. Якби електрони були корпускулярними в природі, то можна було б очікувати двох прямих ліній на задньому екрані. Якби, з іншого боку, електрони були хвилями, можна було б очікувати дифракційних моделей на задньому екрані. На задньому екрані виникла дифракційна картина, яка припускає, що електрони - це хвилі.
Навіть якби електрони вистрілювалися на екран по одному, візерунок все одно з'являвся б. Це означало, що кожен електрон повинен був якось проходити через обидві щілини, потім дифракції і втручатися в себе, щоб отримати дифракційну картину на екрані. Щоб підтвердити, що кожен електрон пройшов через обидві щілини, експериментатори додали детектор поруч із щілинами, який би розповідав нам, через яку з двох щілин пройшов електрон: детектор вказував би експериментаторам, чи пройшов електрон через ліву щілину, праву щілину, обидві щілини, або ні ні щілина. Через спостерігалися дифракційні закономірності фізики очікували, що детектор вкаже, що електрон пройшов хоча обидві щілини одночасно. Однак, коли детектор був доданий до установки, дифракційні візерунки таємничим чином зникли; тепер це було дві прямі лінії!
Кожен окремий електрон був виявлений, щоб пройти лише через одну з двох щілин, але ніколи не через обидві. Це був дивовижний результат, оскільки електрони повинні були пройти через обидві щілини. Це була поведінка, очікувана від тілець, а не хвиль! Однак експериментатори зрозуміли, що випромінювані електрони поводилися по-різному залежно від наявності чи відсутності детектора. Щоразу, коли детектор був присутній, електрони, що випустили, поводилися як частинки: лише один детектор вимикався, щоб вказати, що щось пройшло через його щілину, і не виникло б дифракційної картини. Навпаки, всякий раз, коли детектор був відсутній, випущені електрони поводилися як хвилі і з'являлися дифракційні візерунки.
Фізики дійшли висновку з цього експерименту, що вся матерія має як хвильові, так і корпускулярні (тобто частиноподібні) властивості. Усі частинки в Стандартній моделі фізики частинок - прийнята в даний час теорія того, які основні будівельні блоки речовини існують і як вони взаємодіють - демонструють цю подвійну поведінку. Сюди входять електрони, фотони («легкі частинки») і навіть (відносно) недавно виявлений бозон Хіггса. Ми вважаємо цю подвійну поведінку всієї матерії метафізичним принципом сучасного світогляду і називаємо її хвильово-частинковою подвійністю. Метафізичний принцип хвильово-частинкової подвійності прийшов на зміну ідеї окремо існуючих хвиль і частинок, неявних у ньютонівському світогляді на початку 20-го століття:
Як ще один приклад хвильово-частинкової подвійності розглянемо експеримент, що стосується так званого фотоефекту. Фотоелектричний ефект - це явище, при якому електрони викидаються з поверхні металу після того, як світло сяє на цю поверхню. Питання, яке Ейнштейн прагнув відповісти, полягало в тому, чи відповідають хвилі або частинки світла за викид електронів. Щоб перевірити це, можна було б виміряти як частоту, так і інтенсивність світла. Ейнштейн висував гіпотезу, що здатність світла викидати електрони з певною енергією залежить виключно від його частоти: незалежно від того, наскільки висока інтенсивність світла, якби його частота не пройшла певний поріг, то він ніколи не викине жодних електронів з поверхні металу. Цей факт був неврахований у хвильовій теорії світла, яка передбачала, що збільшення інтенсивності світла також буде викидати електрони. Хоча ньютоніанці показали, що світло поводиться як хвилі, Ейнштейн прийшов до висновку, що частинки світла витіснили електрони на поверхні металу. Теорії Ейнштейна про фотоефект не покінчили з більш ранніми доказами, що підтверджують хвильову теорію світла. Світло як і раніше виявляв властивості хвилі. Тільки тепер він також демонстрував властивості частинки.
У сучасній квантовій фізиці прийнято, що світло поводиться іноді як частинка, а іноді як хвиля. Насправді, у 2015 році компанія Nature Communications опублікувала першу фотографію подвійності світла хвилеподібної частинки, яку видно нижче.
Подвійність матерії також виражається в принципі невизначеності Гейзенберга, одному з основоположних принципів квантової фізики. Якщо сформулювати положення та імпульс частинки, принцип невизначеності стверджує:
Чим точніше положення (σ х), тим більш невизначений імпульс (σ p), і навпаки:
Принцип стверджує, що коли ми намагаємося виміряти положення елементарної частинки, невпевненість в імпульсі частки зростає, і навпаки, коли ми намагаємося виміряти імпульс частинки, невизначеність в її положенні зростає. Дві невизначеності обернено пов'язані між собою. Важливо, що принцип полягає не в нашій нездатності вимірювати речі точно через лише технологічні обмеження. Це пов'язано з тим, що елементарні частинки насправді є нечіткими сутностями, які стають подібними до частинок лише тоді, коли вони взаємодіють із зовнішньою системою. Ця фундаментальна нечіткість є наслідком подвійної хвильово-частинкової природи матерії.
У квантовій механіці еволюція квантової системи описується хвильовим рівнянням Шредінгера. Відповідно до хвильового рівняння Шредінгера, елементарні частинки є нечіткими хвилеподібними утвореннями, які, тим не менш, виявляють певний частинкоподібний стан при їх спостереженні. Але, навіть за однакових обставин, цей стан не завжди є одним і тим же станом. Нові теорії, прийняті як частина квантової механіки, означали, що вчені сучасного світогляду прийняли новий погляд на причинно-наслідкові зв'язки, змінивши свою попередню віру в детермінізм. Отже, давайте розглянемо, що таке детермінізм і коротко висвітлимо, що вчені попередніх світоглядів мали сказати про концепцію, перш ніж далі заглиблюватися в те, що таке сучасне уявлення про це питання.
Квантова механіка вплинула більше, ніж просто наші погляди на природу матерії, а й наше розуміння причинно-наслідкового зв'язку. Питання про те, чи повністю майбутнє визначається минулим, або воно, в якомусь сенсі, відкритим, було одним з центральних питань метафізики ще з часів Аристотеля. Різні позиції з цього питання впливають на багато аспектів світогляду, включаючи віру у вільну волю, долю та зумовленість. Питання також має серйозні моральні наслідки. Наприклад, якщо все у Всесвіті виявляється строго визначеним минулим ходом подій, то як можна звинуватити злочинця в їх злочині? Якщо їх дії дійсно були повністю визначені всім минулим Всесвіту, то, за деякими філософськими міркуваннями, звинувачувати належить саме Всесвіт, а не злочинець! Так само, як і в інших метафізичних питаннях, питання причинно-наслідкового зв'язку мало кілька різних відповідей. Два основні погляди на причинно-наслідковий зв'язок - детермінізм та індетермінізм.
Детермінізм (також відомий як причинний детермінізм, або строгий детермінізм) - це, по суті, ідея про те, що кожна подія визначається попередніми подіями. Більш грубо, це означає, що для кожного ефекту завжди є причина, яка його викликає. Таким чином, якби ми могли знати теперішній стан Всесвіту (наприклад, положення, маси та швидкості всіх матеріальних частинок у Всесвіті), ми могли б, в принципі, обчислити майбутні стани Всесвіту. Звичайно, оскільки ми не всезнаючі і оскільки у нас немає необмеженої вимірювальної та обчислювальної потужності, ми, можливо, ніколи не зможемо робити такі прогнози та знати майбутнє з абсолютною точністю. Але це не те, що тут важливо те, що, на думку суворих детерміністів, природа сама «знає», куди йде: її майбутнє визначається її минулим.
Протилежністю детермінізму є індетермінізм, який говорить про те, що можуть бути безпричинні події, тобто події, які є абсолютно випадковими і не випливають з попереднього ходу подій. Зауважте, що індетерміністи не обов'язково стверджують, що всі події є безпричинними. Досить змиритися з існуванням деяких безпричинних подій, щоб кваліфікуватися як індетермініст.
Детермінізм та індетермінізм не вичерпують спектр поглядів на питання. Однією з історично популярних концепцій є дуалістичний детермінізм, який стверджує, що, хоча події в матеріальному світі строго визначені, людський розум має вільну волю і здатний діяти спонтанно. Саме ця думка була неявна в декількох світоглядах.
У аристотелівсько-середньовічному світогляді майже всі події вважалися строго визначеними, за винятком тих подій, на які вплинула вільна воля людини або божественні дії. Аристотелівсько-середньовічне співтовариство вважало, що всі небесні явища строго детерміновані, так як знали, що майбутні позиції зірок і планет передбачувані. Вони поширили цей детермінований погляд і на земні явища, оскільки небесне царство чинило вплив на природні процеси земного царства. Тобто середньовічні вчені вважали, що земні процеси, на які не впливає вільна воля людини, також були детермінованими. Однак вони також вважали, що доброзичливий Бог дав людям вільну волю - здатність діяти спонтанно і приймати рішення, які не завжди випливають з попередніх курсів подій. Вони визнали, що багато людських дій і рішень були безпричинними. Іншими словами, концепція дуалістичного детермінізму була неявною в аристотелівсько-середньовічному світогляді: в матеріальному світі всі події детерміновані, але розум вільний діяти спонтанно. Філософськи кажучи, концепція дуалістичного детермінізму відрізняється як від суворого детермінізму, так і від індетермінізму тим, що передбачає, що причинно-наслідковий зв'язок і спонтанність можуть існувати в різних світах:
Не погоджуючись з арістотелівсько-середньовічними вченими з багатьох метафізичних питань, і картезіани, і ньютонійці дотримувалися дуже схожого погляду на питання причинно-наслідкового зв'язку: обидві громади прийняли дуалістичний детермінізм, хоча і з власних причин. Їх детерміновані позиції щодо матеріального світу фактично випливають з універсальності їхніх законів фізики. Наприклад, у фізиці Ньютона, якщо хтось знає поточне розташування планет у Сонячній системі, можна хоча б в принципі передбачити положення планет на будь-який момент у майбутньому. Те ж саме стосується будь-якої матеріальної системи, якою б складною не була. Хоча людині може бути практично неможливо зробити фактичні розрахунки і зробити ці прогнози, згідно із законами ньютонівської фізики майбутнє будь-якої матеріальної системи суворо випливає з її минулого. Те ж саме стосується декартової фізики: однакові початкові умови завжди дають однакові ефекти. Тим не менш, картезіанці та ньютонійці також визнали, що розум має вільну волю приймати безпричинні рішення і, таким чином, порушувати інакше детермінований хід подій. Як результат, і картезіанці, і ньютоніанці вважали, що майбутнє світу не є строго детермінованим, доки на нього впливають істоти з вільною волею. Таким чином, дуалістичний детермінізм був неявним не тільки в аристотелівсько-середньовічному світогляді, а й у декартовому та ньютонівському світоглядах.
Тепер можна розглянути, як теорії квантової механіки і метафізичний принцип хвильово-частинкової подвійності в сучасному світогляді впливають на погляди сучасних вчених на детермінізм. Швидка підказка: вони не дуалістичні детерміністи.
Щоб краще зрозуміти позицію сучасного світогляду на питання причинно-наслідкового зв'язку, розглянемо процес радіоактивного розпаду. У наш час фізики визнають, що існує 50% ймовірність того, що атом радію розпадеться на радон і гелій через 1600 років. Цей період часу відомий як період напіврозпаду радію. Скажімо, ми могли б виділити тисячу атомів радію, помістити їх у герметичний контейнер і знову відкрити контейнер через 1600 років. Статистично кажучи, ми, швидше за все, знайдемо близько 500 атомів радію, тоді як інші 500 атомів розпадуться на радон і гелій. Тут ми спостерігаємо, що всі атоми радію були поміщені в один контейнер, але лише половина з них згнила, а решта залишилася недоторканою. Той факт, що однакові початкові умови можуть призвести до двох різних результатів, свідчить про те, що фундаментальні процеси світу, ймовірно, не є строго детермінованими. Натомість квантова фізика, здається, припускає, що фундаментальні процеси визначаються імовірно. Це погляд імовірнісного детермінізму, який неявний у сучасному світогляді.
Відповідно до імовірнісного детермінізму, всі події мають свої причини, але однакові початкові умови можуть спричинити різні ефекти.
Всі ці ефекти імовірно визначені, в тому сенсі, що існує певна ймовірність того, що відбудеться певний хід подій, але такий хід подій строго не визначається минулим ходом подій. У нашому прикладі вище існує статистична ймовірність розпаду, тобто існує 50% ймовірність розпаду радію після 1600 років. Тим не менш, теорія не вказує, який з атомів буде або не розпаде через 1600 років. Імовірнісний детермінізм трактує це як припущення про те, що майбутні події визначаються минулими подіями, але не суворо: природа обмежена обмеженою кількістю варіантів.
Розглянемо інший приклад, експеримент з подвійною щілиною в квантовій фізиці. По суті, теорія дозволяє передбачити ймовірність, з якою електрон вдарить певну область по стіні. Ця ймовірність буде більшою в світлих областях дифракційної картини і меншою в темних областях.
Не можна з упевненістю сказати, куди на задньому екрані вдарить даний електрон після проходження через щілини. Але є велика ймовірність, що він вдарить в одну з яскравих смуг. Відповідно до імовірнісного детермінізму, це ще одна ознака того, що природні процеси викликані ймовірнісно, а не строго.
Ми повинні бути обережними, щоб не плутати імовірнісний детермінізм з детермінізмом. Хоча обидві концепції допускають множинність результатів після тих же початкових умов, існує чітка межа для цієї кількості результатів при імовірнісному детермінізмі. Індетермініст, технічно кажучи, був би відкритий до можливості того, що через 1600 років радій може перетворитися на злиток золота, або купу бруду, або Slimer слизистий зелений привид від Ghostbusters. Однак імовірнісний детермініст встановлює обмеження на кількість потенційних ефектів, які можуть слідувати за тією ж причиною, і припускає, що не все може статися: природа «вибирає» з обмеженого набору варіантів. Іншими словами, згідно імовірнісного детермінізму, не існує нескінченної кількості можливих результатів з урахуванням певного набору початкових умов.
Тепер, як би на це відреагував строгий детермініст? Однією з природних реакцій є підозрювання, що є щось дефіцитне в наших знаннях початкових умов. Дійсно, коли квантова механіка була створена в 1920-х роках, це була саме реакція деяких відомих фізиків, в тому числі Альберта Ейнштейна. Хоча Ейнштейн оцінив, що квантова механіка забезпечує значне поліпшення нашого розуміння світу елементарних частинок, він також стверджував, що теорія є дефіцитною, оскільки вона не дає точних прогнозів квантових явищ. За словами Ейнштейна та інших суворих детерміністів, якщо половина атомів радію в кінцевому підсумку розпадається, а інша половина - ні, можливо, це тому, що вони не починалися з тих самих початкових умов; можливо, була якась невідома причина, яка призводить до розпаду лише деяких атомів радію. Це тлумачення суворого детермініста, який вважає, що всі події строго обумовлені минулими подіями і імовірнісний характер наших прогнозів є результатом відсутності знань з нашого боку. На думку суворих детерміністів, повинна бути прихована причина, яка пояснює, чому ці конкретні 500 атомів закінчилися розкладанням. Наші теорії можуть бути нездатні сказати нам, що це за прихована причина, але це виключно наша проблема; сама природа «знає», куди вона йде. З огляду на це, майбутні дослідження можуть виявити цю приховану причину і відновити суворо детерміновану картину світу. Суворі детерміністи порівняли б випадок радіоактивного розпаду з випадком кидання монети. Якби ми кидали монету тисячу разів, ми б, мабуть, спостерігали її посадку на голови приблизно половину часу. Розмовно можна сказати, що існує 50/50 шанс перевернутої монети, що приземлиться на голови або хвости. Однак це явно є результатом нашої незнання початкових умов. Якби ми вимірювали початкове положення монети перед кожним киданням, а також силу, застосовану до монети, то ми змогли б точно передбачити, чи приземлиться вона голови чи хвости. Якби ми хотіли, ми могли б навіть побудувати штуковину, яка могла б кинути монету таким чином, щоб вона послідовно приземлилася на голови. На думку суворих детерміністів, ситуація з радіоактивним розпадом аналогічна, хіба що ми не в змозі точно виміряти початкові умови, щоб можна було передбачити результат. Однак природа «знає» результат процесу гниття, так само як «знає», чи приземлиться монета на орелах або хвостах. Коротше кажучи, суворі детерміністи заперечували б ідею про те, що щось викликається імовірно; на їхню думку, все має причину і випливає з цієї причини суворо.
Як би на це відповів імовірнісний детермініст? Імовірнісні детерміністи з готовністю погодяться, що наші теорії не є ідеальними описами світу; врешті-решт, ми всі фаллібілісти і розуміємо, що жодна емпірична теорія не є досконалою. Але чи достатньо цієї причини, щоб ігнорувати те, що говорять нам наші нинішні теорії, і замість цього спекулювати, якими будуть наші майбутні теорії? За відсутності абсолютно правильного опису світу, наша найкраща ставка - уважно вивчити те, що наші нині прийняті теорії говорять нам про світ. Чи можливо, що наші майбутні квантові теорії будуть строго детермінованими і дадуть точні прогнози всіх квантових явищ? Якщо ми фаллібілісти, наша відповідь «так»: такий сценарій мислимий. Але не менш можливо, що наші майбутні теорії будуть імовірнісними - ми не маємо можливості прогнозувати це. Наш найкращий варіант - перестати здогадуватися, що можуть принести нам наші майбутні теорії, а можуть не принести нам, і зосередитись на тому, що наші нині прийняті теорії мають сказати з цього питання. Таким чином, на думку імовірнісних детерміністів, наслідки нашої сучасної квантової теорії слід сприймати серйозно, і ймовірнісний детермінізм є одним із цих наслідків. З цієї точки зору ймовірнісні прогнози квантової теорії не мають нічого спільного з нашим нестачею знань або нашою нездатністю передбачити результат: процес сам по собі імовірнісний. Оскільки теорія говорить нам, що радіоактивний розпад не є строго детермінованим процесом, то саме так ми повинні його розглядати. Все інше - це спекуляція про те, що майбутнє може мати в запасі.
Загальна теорія відносності та космологія
Отже, ми трохи розуміємо, як працює фізика в квантовому масштабі та її наслідки для сучасного світогляду, але як щодо фізики у великому космологічному масштабі? Для цього слід звернутися до загальної теорії відносності, запропонованої Ейнштейном в 1915 році. Як ми дізналися в главі 1, теорія загальної відносності Ейнштейна стверджує, що об'єкти з масою криві простір навколо них. Це стосується всіх об'єктів з масою, але стає особливо очевидним у випадку більш масивних об'єктів, таких як Земля, Сонце та галактика Чумацького Шляху, або надзвичайно стислих об'єктів, таких як чорні діри. Кривизна простору навколо об'єкта залежить від його маси і щільності. Ось чому кривизна простору навколо масивного об'єкта, стиснутого до надзвичайної щільності, як сингулярність чорної діри, така, що навіть промені світла не можуть втекти. Отже, згідно із загальною відносністю, немає сили тяжіння, і, отже, об'єкти насправді не притягують один одного, а лише виявляються притягуючими один одного внаслідок інерційного переміщення у вигнутому просторі.
Аналогічно, загальна відносність передбачає, що матеріальні об'єкти впливають на час, змушуючи його працювати повільніше відносно годинника в менш сильно вигнутій області простору-часу. Припустимо, у нас є два синхронізованих годинника; один ми тримаємо на поверхні Землі, а інший ведемо на Міжнародну космічну станцію, де простор-час менш сильно вигнутий, ніж на поверхні Землі. Відповідно до загальної теорії відносності, годинник на Космічній станції будуть працювати трохи швидше, ніж той, що знаходиться на Землі. Це пояснюється тим, що час на Землі проходить трохи повільніше через просторово-часову кривизну гравітаційного поля Землі. В результаті, коли годинник космічної станції повернуть назад на Землю, він покаже час, який трохи випереджає той, який показує той, що на Землі. Ця різниця між минулими часами відома як розширення часу. Загалом, чим сильніше гравітаційне поле об'єкта, тим більше тимчасове розширення. Наприклад, якби Земля була або стиснута до більшої щільності, або збільшена в масі, простор-час був би сильніше вигнутий на її поверхні. Отже, різниця між двома годинниками була б більшою.
Експериментально підтверджені як ефекти криволінійного простору, так і ефект розширення часу. З загальної теорії відносності Ейнштейна випливає, що навіть сам світло буде помітно прогинатися навколо дуже масивних об'єктів. Розглянемо світловий промінь, що йде від далекої зірки. Згідно з теорією, вона повинна злегка прогинатися при проходженні в околицях масивних предметів. Отже, випливає, що одна і та ж зірка повинна з'являтися в іншому місці в просторі, коли світло, що виходить від цієї зірки, проходить поблизу Сонця.
Щоб спостерігати за цим ефектом, ми спочатку сфотографуємо ту конкретну область простору вночі, а потім робимо ще один знімок того самого фрагмента простору, коли Сонце знаходиться поблизу. Щоб зробити останній знімок, нам потрібно буде дочекатися сонячного затемнення, щоб переконатися, що світлові промені Сонця не перешкоджають світловим променям, що надходять від далекої зірки. Відповідно до загальної теорії відносності, зірки в околицях Сонця будуть здаватися трохи розсіяними від Сонця через те, що світлові промені, що надходять від цих зірок, будуть згинатися в околицях Сонця.
Феномен світловигину був одним з нових передбачення загальної відносності. Таким чином, коли кількість вигину світла, передбачене теорією Ейнштейна, вперше спостерігалося Артуром Еддінгтоном в 1919 році, це вважалося підтвердженням загальної теорії відносності. Оскільки метод того часу був гіпотетико-дедуктивним методом, це призвело до прийняття загальної теорії відносності близько 1920 року і відмови від ньютонівської теорії гравітації. З тих пір було підтверджено ще кілька нових прогнозів загальної теорії відносності. Наприклад, явище розширення часу було підтверджено невеликими відмінностями у часі, показаними парою точних годинників на Землі та космічній станції. Явище підтвердилося і тим, що годинник на супутниках GPS працюють трохи швидше, ніж ті, що знаходяться на Землі.
Як і будь-яка фундаментальна теорія, загальна теорія відносності впливає на прийняті метафізичні принципи. Отже, як загальна теорія відносності формує наші сучасні метафізичні принципи? Експлікація метафізичних принципів, призначених у сучасному світогляді, не завжди є легким завданням, оскільки наші нині прийняті теорії іноді, здається, припускають суперечливі метафізичні принципи. Справа тут не в тому, що сучасні вчені не співзвучні власним теоріям. Натомість важко знати, які принципи витягти з наших нині прийнятих теорій. Далі ми окреслимо низку метафізичних питань, на які ми не дамо сучасних відповідей. Замість цього ми покажемо, чому витяг відповідей на ці питання не є простим завданням.
Почнемо з питання про порожній простір: за сучасним світоглядом, чи може бути порожній простір? Фізики іноді говорять про «вакуум космічного простору», щоб підкреслити загальну порожнечу Всесвіту. Однак при натисканні вони можуть визнати, що на кожен кубічний метр космічного простору існує кілька атомів водню, що можна інтерпретувати відповідно до концепції пленізму. Тим не менш, між атомами водню було б небуття, тобто дуже близьке наближення вакууму здається можливим. З іншого боку, спостереження за космічним мікрохвильовим фоновим випромінюванням також свідчать про те, що фотони, що залишилися від Великого вибуху, пронизують весь, здається, порожній простір Всесвіту. Це, здається, говорить про те, що ідеальний вакуум в природі все-таки неможливий. Знову ж таки, загальна відносність говорить нам, що простору і часу не вистачає самостійного існування і замість цього складають єдиний чотиривимірний простор-час, на який впливає як матерія, так і енергія у Всесвіті. Залежність простору-часу від матерії та енергії, здається, говорить про те, що порожнього простору бути не може. Квантова механіка також має на увазі, що порожнього місця немає. На додаток до співвідношення невизначеності позиції та імпульсу, згаданого раніше, принцип невизначеності Гейзенберга передбачає взаємозв'язок невизначеності часу та енергії, що означає, що чим коротший проміжок часу, який розглядається, тим більша невизначеність щодо кількості енергії в області простору . По суті, в будь-якій області простору так звані віртуальні частинки постійно вискакують в існування і зникають з існування. Це явище називають квантовою піною. Цей дивовижний ефект - добре перевірене явище, підкріплене багатьма експериментами. Можливо, тоді пленізм неявний у сучасному світогляді. Отже, виникає питання: який метафізичний погляд — вакуїзм чи пленізм — неявний у нашому сучасному світогляді?
Як щодо руху у Всесвіті: чи рухаються об'єкти виключно в результаті дії контактом, або дія на відстані можлива в сучасному світогляді? З одного боку, ми приймаємо сьогодні, що швидкість світла є граничною швидкістю у Всесвіті. Подорож швидше, ніж швидкість світла порушить наші теперішні закони фізики. Тому фізика виключає особливі випадки дії на відстані, що перевищує швидкість світла, найбільш чітко випадки миттєвого дії на відстані. За загальною відносністю навіть зміни кривизни простору-часу поширюються зі швидкістю світла. Щоб оцінити це, врахуйте, що Сонце вигинає простор-час навколо нього. Щоб дістатися до Землі, потрібно світлові промені Сонця приблизно 8 хвилин. Якби якимось дивом Сонце зникло, знадобиться приблизно 8 хвилин, щоб зміни кривизни простору-часу поширювалися і досягли Землі і змінили орбітальний рух Землі. Земля не почала б негайно кидатися в космос. Якщо миттєве дію на відстані теоретично неможливо, то, можливо, вся матерія рухається і взаємодіє через фактичний контакт, обмежений швидкістю світла.
З іншого боку, фізики, що працюють над квантовою механікою, розповідають нам про квантову заплутаність, яка - принаймні за номіналом - здається, дозволяє миттєво діяти на відстані. Квантова заплутаність - це явище, при якому пара частинок на довільній відстані один від одного заплутується таким чином, що вимірювання та маніпулювання властивостями однієї частинки в парі змушує іншу, на будь-якій відстані, миттєво змінюватися в результаті. Це явище було вперше експериментально підтверджено в 1982 році Аленом Аспектом. З тих пір проводилися численні експерименти з різними типами частинок, з різними властивостями частинок (наприклад, імпульс, спін, розташування), а також з різною відстанню між заплутаними частинками. Кожен раз, маніпулюючи однією частинкою, миттєво змінює іншу. Ці експерименти з квантовим заплутанням, схоже, припускають, що миттєве дію на відстані можливо, незважаючи на обмеження, накладені швидкістю світла. Це явно суперечить ідеї дії контактом, що випливає із загальної теорії відносності. Тепер постає питання: чи приймають сучасні фізики можливість дії на відстані, або їм вдається примирити уявне дію на відстані заплутаних частинок з ідеєю дії контактом?
Наше останнє питання цього розділу полягає в тому, чи є Всесвіт скінченним чи нескінченним. Що стосується пов'язаного з цим питання фізичних кордонів Всесвіту, сучасна наука приймає, що Всесвіт безмежний, тобто немає фізичних кордонів Всесвіту. Але Всесвіт без кордонів все ще може бути кінцевим, якщо Всесвіт повертається назад у себе, як чотиривимірний еквівалент сфери. Цей вид всесвіту буде безмежним, але кінцевим. Як варіант, Всесвіт може бути безмежним і нескінченно тягнуться назовні. Отже, чи приймаємо ми в Сучасному світогляді, що Всесвіт скінченний або нескінченний? Відповідь на це питання фактично залежить від фактичної кривизни простору Всесвіту. Олександр Фрідман запропонував три моделі Всесвіту, кожна з яких має свою виразну кривизну:
Відкритий Всесвіт: Відкритий Всесвіт має негативну кривизну, що означає, що просторово-часові криві в двох різних напрямках з однієї точки. Хоча кривизну тривимірного простору можна точно описати математично, важко (якщо не неможливо) уявити. Стає легше, якщо мислити з точки зору двовимірного аналога, в цьому випадку тривимірний простір стає двовимірною поверхнею. У випадку відкритого Всесвіту ця поверхня вигнута у форму, як сідло або чіп Pringle. Оскільки простор-час ніколи не повернеться до себе в цьому типі Всесвіту, відкритий Всесвіт також буде нескінченним Всесвітом.
Закритий Всесвіт: Закритий Всесвіт має позитивну кривизну, що означає, що просторово-часові криві віддаляються в одному напрямку від будь-якої окремої точки Всесвіту. Знову ж таки, використовуючи нашу двовимірну аналогію, ми можемо думати про замкнутому Всесвіті як поверхню у формі сфери, що вигинається в тому ж напрямку з будь-якої точки. Це також був би кінцевий Всесвіт, бо безперервна крива зрештою обернеться навколо себе. Якби ми подорожували досить далеко в космос на космічному кораблі, ми б врешті-решт досягли Землі!
Плоский Всесвіт: Плоский Всесвіт має, загалом, нульову кривизну, що означає, що простор-час простягається прямими лініями у всіх напрямках від будь-якої окремої точки. Ми можемо думати про плоский всесвіт як форму плоского аркуша паперу або плоского простирадла. Такий всесвіт все одно матиме випадкові вигини тут і там навколо масивних об'єктів; однак, вона була б плоскою в цілому. Плоский Всесвіт був би нескінченним Всесвітом, оскільки простор-час ніколи не вигинається назад на себе.
Всі три моделі Всесвіту сумісні із загальною відносністю. Але ці три моделі Всесвіту пропонують різні геометрії Всесвіту. Тепер, яка з цих моделей найкраще описує простір нашого Всесвіту? Відповідь на це питання залежить від того, скільки маси є у Всесвіті. Якщо маса Всесвіту більша за певний поріг, то Всесвіт вигнута на себе і є кінцевою; інакше вона відкрита і нескінченна.
Один з висновків тут полягає в тому, що не завжди легко витягти метафізичні принципи, неявні у світогляді. Часто це вимагає ретельного аналізу теорій, прийнятих у цій мозаїці, та наслідків, що випливають з цих теорій. Таким чином, позиція спільноти щодо метафізичного питання може бути, а може бути нелегко розкопати. Питання про порожній простір, питання дії на відстані та питання скінченного/нескінченного Всесвіту є одними з найбільш складних метафізичних питань у контексті сучасного світогляду.
Теорія Великого Вибуху
А як щодо теми релігії в сучасному світогляді? Це дивна тема, яку потрібно піднімати під час обговорення фізики спеціальної та загальної теорії відносності. Але в якомусь сенсі фізики пройшли на територію богословів в двадцятому столітті, коли намагалися подивитися на витоки Всесвіту. Прийнята в даний час теорія про витоки Всесвіту називається теорією Великого вибуху.
Наприкінці 1800-х - початку 1900-х років астрономи почали використовувати новий прилад для спостереження за небесними об'єктами під назвою спектроскоп. Спектроскопи по суті вимірюють розподіл довжин хвиль світла, що випромінюється від астрономічного об'єкта, дозволяючи астрономам визначити певні особливості зірки, галактики чи іншого небесного тіла. Оскільки кожен хімічний елемент має свій характерний спектральний «відбиток», спектроскоп може бути використаний для визначення хімічного складу астрономічного об'єкта. Спектроскоп також може бути використаний для визначення того, чи наближається світловипромінюючий об'єкт або віддаляється від точки спостереження (тобто телескопа на Землі або поблизу неї) за допомогою ефекту Допплера. Уявіть собі кожне джерело світловипромінюючих імпульсів світлових хвиль через рівні проміжки часу. Уявіть, що об'єкт рухається до спостерігача. Світлові хвилі від такого об'єкта будуть здаватися укороченими по довжині хвилі. Особливі спектральні «відбитки пальців» з'являться на коротших довжині хвиль, ніж очікувалося. Тобто вони будуть синізрушені. З іншого боку, якщо об'єкт віддаляється від спостерігача, світлові хвилі від об'єкта будуть подовжені, а спектральні «відбитки пальців» - червоним зміщенням. Одна з причин, по якій ми вважаємо, що галактика Андромеди знаходиться на курсі зіткнення з нашою власною галактикою Чумацького Шляху, полягає в тому, що спектральні «відбитки пальців» речовин у її спектрі сині, коли спостерігаються за допомогою спектроскопа.
Однак переважна більшість інших галактик, що спостерігаються у Всесвіті спектроскопом, показують спектральні «відбитки пальців», які зсуваються червоним кольором. Американський астроном Едвін Хаббл показав у 1929 році, що ступінь червоного зсуву галактики пропорційна її відстані від нас. Кожна галактика або скупчення галактик у Всесвіті віддаляється від кожної іншої - всесвіт в цілому розширюється. Якщо Всесвіт в даний час розширюється, то теоретично ми можемо змінити час, коли галактики були ближче один до одного, і в кінцевому підсумку весь Всесвіт був об'єднаний в гарячий, щільний ранній стан. Згідно з теорією Великого вибуху, Всесвіт еволюціонував від такого гарячого щільного раннього стану до свого нинішнього стану. У загальній теорії відносності Ейнштейна розширювався саме простір. Не було вибуху з речовиною, яка розширювалася в порожнечу простір. Гаряче щільне раннє стан заповнило весь простір. Якщо ми використовуємо рівняння загальної відносності для зондування назад до самого початку, вони передбачають, що простір, час, матерія та енергія зливаються в точці нескінченної щільності та нульового об'єму, сингулярності. Ця особливість схожа на те, що в центрі чорної діри, так що Великий вибух нагадує крах зірки в зворотному напрямку.
Теорія Великого вибуху була підтверджена в 1964 році Робертом Вілсоном і Арно Пензіасом. Вони виявили так зване космічне мікрохвильове фонове випромінювання; електромагнітне випромінювання, яке пронизує весь простір Всесвіту і вважається залишком гарячих щільних ранніх етапів Всесвіту після Великого вибуху. Виявлення цього космічного мікрохвильового фонового випромінювання стало підтвердженням теорії Великого вибуху; теорія стала прийнята незабаром після цього.
Повертаючи час до витоків Всесвіту, фізики та астрономи наступали на ноги богословів, які віддали Богу створення Всесвіту. У відповідь деякі богослови міркували, що, навіть якщо Бог не створив Всесвіт у його теперішньому стані, а Всесвіт замість цього є продуктом Великого вибуху, Бог все ще міг ініціювати цей Великий вибух. Можливо, Бог не створив життя, але він все-таки почав процес, який в кінцевому підсумку призведе до створення життя, або так вони стверджували. Оскільки богослови більш ранніх світоглядів претендували на владу над такими питаннями, як витоки життя і Всесвіту, тому здавалося б, що навіть з прийняттям теорії Великого вибуху монотеїзм — віра в те, що існує лише один бог, як у християнській, єврейській та ісламській конфесії — може залишатися неявним метафізичним елементом сучасного світогляду для членів відповідних громад.
Але сучасна мозаїка не містить монотеїзму чи будь-якої іншої теїстичної концепції (теїзм - це загальна ідея, що Бог існує; таким чином, монотеїзм є підтипом теїзму). Наступною може бути причина того, що ми відкинули богослов'я і монотеїзм від нашої нинішньої мозаїки і замінили її атеїзмом - вірою в те, що Бога не існує. Але це теж в даний час не прийнято. У наш час ідея агностицизму неявна в мозаїці. Агностицизм - це думка, що ми не можемо знати, існує Бог чи ні. Якби запитали про те, що спричинило Великий вибух, фізики, ймовірно, відповіли б, що ми просто не знаємо.
Ці фізики можуть бути стурбовані деякими основними невідомими в теоріях раннього Всесвіту. Висока щільність речовини і сильно вигнутий простор-час біля початку Великого вибуху можна правильно зрозуміти лише за допомогою загальної теорії відносності Ейнштейна. На думку деяких фізиків, особливість Великого вибуху може, по суті, являти собою розбивку теорії. Якщо сингулярність дійсно була фізично реальною, це межа часу. Тоді не було б сенсу запитувати, що сталося до цього, або що викликало це. Однак є підстави сумніватися в тому, що загальна відносність є достатньою для розуміння самого раннього Всесвіту, оскільки його крихітні розміри також розміщують її в області квантової механіки. Квантова механіка і загальна теорія відносності логічно суперечливі і ніколи не були належним чином уніфіковані. Вони приймаються в межах однієї мозаїки, оскільки теорія Ейнштейна, як правило, застосовується до царства дуже великого, а квантова механіка до теорії дуже малого. Екстремальні умови Великого вибуху вимагають застосування обох теорій спільно, чогось на самих рубежах сучасних знань. Подальший прогрес може зажадати об'єднання двох теорій в теорію квантової гравітації, в даний час переслідуваної метою теоретичної фізики. Деякі фізики припускають, що Великий вибух, можливо, був випадковою квантовою подією, як поява віртуальних частинок у квантовій піні. Інші сперечаються за моделі, в яких екстремальні умови сингулярності уникаються, а Великий вибух був викликаний крахом попереднього Всесвіту. Отже, ті самі заперечення, які Девід Хьюм підняв до природного богослов'я свого часу (див. Розділ 9), застосовуються з однаковою силою до думки про те, що Бог спричинив Великий вибух або «відрегулював» фізичні властивості Всесвіту, щоб зробити їх сумісними з нашою формою життя.
Є ще одна причина, чому сучасні фізики і астрономи можуть глибоко неохоче приймати богословські висновки щодо Великого вибуху. Пошук знаків інших розумних істот в космосі - переслідувана мета сучасної астрономії. Будь-яке твердження такого інтелекту повинно відповідати критеріям сучасного застосовуваного методу, узагальненого астрономом Карлом Саганом максимою про те, що «надзвичайні претензії вимагають надзвичайних доказів». Цей пошук викликав низку помилкових тривог - кожна з них є ілюстрацією занепокоєння Девіда Хьюма, що незнайомі природні явища можна легко сплутати з розробленими артефактами потужного інтелекту. Методом, який зараз використовується для оцінки гіпотез щодо позаземного інтелекту, жодне твердження про те, що космічне явище було розроблено нелюдським інтелектом, не буде прийнято, якщо всі правдоподібні пояснення, що стосуються нерозумних природних явищ, не були вперше виключені. У випадку з богословськими претензіями про Великий вибух обговорення вище ілюструє, чому фізики і астрономи, як спільнота, навряд чи вважають, що стандарти цього методу були дотримані.
Питання про те, що сталося до Великого вибуху, в кращому випадку розглядаються сучасними вченими як вельми спекулятивні. Сильним свідченням цієї стриманості серед вчених щодо релігійних питань було б подивитися на успішних переможців грантів у важких науках та визнати типи питань, на які вони намагаються відповісти, не мають нічого спільного з Богом і Божою роллю у Всесвіті. Хоча окремі вчені дотримуються різноманітних релігійних поглядів, прийнятий погляд наукової спільноти, здається, є одним з агностицизму про існування Бога. Бог може чи ні зіграв певну роль у витоках Всесвіту, але це питання, на яке не відповідає наша нинішня мозаїка, тому ми просто заявляємо, що не знаємо.
Відповісти точно, як і коли богослов'я було вигнано з мозаїки, досить складно. Чи було це зі спостереженням червоного зсуву та подальшим прийняттям теорії Великого вибуху? Чи було це наслідком розвитку еволюційної біології, які аналогічно усунули роль Бога у створенні людства? Чи критичним фактором була критика Девіда Юма природного богослов'я? На даний момент ми просто не знаємо. Досить сказати, хоча монотеїзм був неявним у аристотелівсько-середньовічному, декартовому та ньютонівському світоглядах, агностицизм неявний у сучасному світогляді.
Сучасні методи
Які методи використовуються в сучасному світогляді? Що стосується фундаментальних вимог емпіричної науки, то з часів ньютонівського світогляду мало що змінилося. Сучасні вчені, що працюють в емпіричних науках, продовжують використовувати гіпотетико-дедуктивний (HD) метод. Отже, для того, щоб стати прийнятим, емпірична теорія, як правило, очікує або надання підтвердженого нового прогнозу (якщо трапиться внести зміни в прийняту онтологію), або бути досить точною і точною (у всіх інших випадках).
Важливо зазначити, що це не означає, що з XVIII століття в методах не було змін. Насправді з тих пір стало застосовуватися набагато більше конкретних методів; кожен з цих методів заснований на загальних вимогах методу HD. Одним з очевидних прикладів є різні методи тестування на наркотики, які ми розглядали в розділі 4: всі вони були більш конкретними реалізаціями вимог методу HD. Наприклад, метод подвійного сліпого випробування має ті ж вимоги, що і метод HD плюс кілька додаткових вимог: що ефект препарату повинен бути підтверджений в подвійному сліпому дослідженні. Взагалі кажучи, існує багато конкретних методів, які пред'являють додаткові вимоги поверх тих, що передбачені методом HD.
Розглянемо, наприклад, наші сучасні вимоги щодо прийнятності нових елементарних частинок. Припустимо, існує нова теорія, яка висуває гіпотезу про існування нового типу частинок. За яких обставин ми були б готові прийняти існування цієї гіпотетичної частинки? Ми, мабуть, очікуємо, що гіпотеза буде перевірена так само, як передбачає метод HD. Тим не менш, ми, швидше за все, очікуємо чогось ще більш конкретного, тобто ми очікуємо, що частка буде спостерігатися в серії експериментів у правильно функціонуючому прискорювачі частинок в прогнозованих умовах. Таким чином, можна сказати, що наш метод існування частинок може бути експлікований за такими напрямками:
Розглянемо ще один приклад. Припустимо, існує соціологічна гіпотеза, яка пропонує певну кореляцію між розміром сім'ї та споживанням засобів масової інформації: скажімо, що більші сім'ї приділяють менше часу споживанню медіа-контенту, ніж менші. Зверніть увагу, що це не пропонує причинно-наслідковий зв'язок між розміром сім'ї та часом споживання засобів масової інформації, а лише припускає кореляцію. Тепер, як би ми оцінили цю гіпотезу? Ми, мабуть, очікуємо, що це буде підтверджено відповідним соціологічним опитуванням правильно підібраної вибірки населення. Зрозуміло, що ми не очікуємо, що 100% населення буде опитано; це неможливо. Натомість ми очікуємо, що опитування охопить певну меншу вибірку населення. Але наскільки малим може бути розмір вибірки, не роблячи результати опитування неприйнятними? Тут вступають в гру наші знання теорії ймовірностей та статистики. Відповідно до теорії ймовірності, якщо вибірка вибирається випадковим чином, то більший розмір вибірки зазвичай призводить до більш точного обстеження. Таким чином, кожне подібне обстеження обов'язково матиме певну похибку — діапазон значень, в межах яких цифра може бути правильно відображена фактичний стан справ. Чим більше розмір вибірки, тим менше похибка. Існують статистичні рівняння, які дозволяють обчислити похибку, враховуючи розмір популяції та розмір вибірки. Наприклад, якби ми вивчали взаємозв'язок між розміром сім'ї та споживанням засобів масової інформації по всій Канаді з населенням близько 37 мільйонів людей, тоді розмір вибірки 1500 мав би похибку 2,53%. Коротше кажучи, ми визнаємо результати соціологічного опитування правильними в межах певної похибки лише в тому випадку, якщо опитування охоплювало розмір вибірки, який був більшим або рівним статистично рекомендованому розміру вибірки.
На додаток до методу HD, сучасна наука також, здається, використовує аксіоматично-дедуктивний метод. Відповідно до цього методу, пропозиція прийнятна або якщо це аксіома теорії, або якщо це теорема, яка логічно випливає з прийнятих аксіом. Це метод, який зараз використовується в формальних науках, таких як математика або логіка. Кожна математична теорія постулює набір аксіом, які визначають досліджувану математичну структуру, а потім приступають до виведення всіляких теорем про ці структури. Нагадаємо, наприклад, аксіоми різної геометрії з глави 2, які надали різні визначення «трикутника». У кожній з цих різних геометрій всі теореми про трикутники логічно випливають з відповідних аксіом.
Цей метод звучить схоже на інтуїтивно-дедуктивний метод, і дійсно він є: адже обидва методи вимагають, щоб теореми були дедуктивними наслідками прийнятих аксіом. Але ключова відмінність полягає в тому, що метод інтуїції вимагає, щоб аксіоми були інтуїтивно істинними, тоді як аксіоматично-дедуктивний метод цього не вимагає. Аксіоматично-дедуктивний метод вважає аксіоми лише визначальними формальним об'єктом, що досліджується, незалежно від того, чи здаються вони інтуїтивно істинними чи контрінтуїтивними.
Коротше кажучи, важливо мати на увазі, що в різних областях дослідження може бути багато різних методів. Деякі методи можуть бути дуже загальними і застосовними до широкого спектру явищ (наприклад, метод HD, аксіоматично-дедуктивний метод), тоді як інші методи можуть бути застосовані лише до дуже специфічного набору явищ (наприклад, методів тестування на наркотики). У будь-якому випадку ці методи будуть дедуктивними наслідками наших прийнятих теорій.
Резюме
Наступна таблиця узагальнює деякі метафізичні принципи сучасного світогляду:
Ми також залишили кілька знаків питання тут і там:
На цьому ми завершуємо обговорення наших чотирьох знімків з історії науки.