Главная Здоровый образ жизни Брайан КоксКвантовая вселенная. Как устроено то, что мы не можем увидеть

Брайан КоксКвантовая вселенная. Как устроено то, что мы не можем увидеть

Научные редакторы Вячеслав Марача и Михаил Павлов

Издано с разрешения Apollo’s Children Ltd and Jeff Forshow и литературного агентства Diane Banks Associates Ltd.

Правовую поддержку издательства обеспечивает юридическая фирма «Вегас-Лекс».

* * *

1. Что-то странное грядет

Квант. Это слово одновременно взывает к чувствам, сбивает с толку и завораживает. В зависимости от точки зрения это либо свидетельство обширных успехов науки, либо символ ограниченности человеческой интуиции, которая вынуждена бороться с неотвратимой странностью субатомной сферы. Для физика квантовая механика – одна из трех великих опор, на которых покоится понимание природы (две другие – это общая и специальная теории относительности Эйнштейна). Теории Эйнштейна имеют дело с природой пространства и времени и силой притяжения. Квантовая механика занимается всем остальным, и можно сказать, что, как бы она ни взывала к чувствам, сбивала с толку или завораживала, это всего лишь физическая теория, описывающая то, как природа ведет себя в действительности. Но даже если мерить ее по этому весьма прагматичному критерию, она поражает своей точностью и объяснительной силой. Есть один эксперимент из области квантовой электродинамики, старейшей и лучше всего осмысленной из современных квантовых теорий. В нем измеряется, как электрон ведет себя вблизи магнита. Физики-теоретики много лет упорно работали с ручкой и бумагой, а позже с компьютерами, чтобы предсказать, что именно покажут такие исследования. Практики придумывали и ставили эксперименты, чтобы выведать побольше подробностей у природы. Оба лагеря независимо друг от друга выдавали результаты с точностью, подобной измерению расстояния между Манчестером и Нью-Йорком с погрешностью в несколько сантиметров. Примечательно, что цифры, получавшиеся у экспериментаторов, полностью соответствовали результатам вычислений теоретиков; измерения и вычисления полностью согласовывались.

Это не только впечатляюще, но и удивительно, и, если бы построение моделей было единственной заботой квантовой теории, вы могли бы с полным правом спросить, в чем же вообще проблема. Наука, разумеется, не обязана быть полезной, но многие технологические и общественные изменения, совершившие революцию в нашей жизни, вышли из фундаментальных исследований, проводимых современными учеными, которые руководствуются лишь желанием лучше понять окружающий мир. Благодаря этим, вызванным только любопытством, открытиям во всех отраслях науки мы имеем увеличенную продолжительность жизни, международные авиаперевозки, свободу от необходимости заниматься сельским хозяйством ради собственного выживания, а также широкую, вдохновляющую и открывающую глаза картину нашего места в бесконечном звездном море. Но все это в каком-то смысле побочные результаты. Мы исследуем из любопытства, а не потому, что хотим добиться лучшего понимания реальности или разработать более эффективные безделушки.

Квантовая теория – возможно, наилучший пример, как бесконечно сложное для понимания большинства людей становится крайне полезным. Она сложна для понимания, поскольку описывает мир, в котором частица может реально находиться в нескольких местах одновременно и перемещается из одного места в другое, исследуя тем самым всю Вселенную. Она полезна, потому что понимание поведения малейших кирпичиков мироздания укрепляет понимание всего остального. Она кладет предел нашему высокомерию, потому что мир намного сложнее и разнообразнее, чем казалось. Несмотря на всю эту сложность, мы обнаружили, что все состоит из множества мельчайших частиц, которые двигаются в соответствии с законами квантовой теории. Законы эти настолько просты, что их можно записать на обратной стороне конверта. А то, что для объяснения глубинной природы вещей не требуется целая библиотека, уже само по себе одна из величайших тайн мира.

Итак, чем больше мы узнаём об элементарной природе мироздания, тем проще оно нам кажется. Постепенно мы придем к пониманию всех законов и того, как эти маленькие кирпичики взаимодействуют, формируя мир. Но как бы мы ни увлекались простотой, лежащей в основе Вселенной, нужно обязательно помнить: хотя основные правила игры просты, их последствия не всегда легко вычислить. Наш повседневный опыт познания мира определяется отношениями многих миллиардов атомов, и пытаться вывести принципы поведения людей, животных и растений из нюансов поведения этих атомов было бы просто глупо. Признав это, мы не принижаем его важности: за всеми явлениями в итоге скрывается квантовая физика микроскопических частиц.

Представьте мир вокруг нас. Вы держите в руках книгу, сделанную из бумаги – перемолотой древесной массы . Деревья – это машины, способные получать атомы и молекулы, расщеплять их и реорганизовывать в колонии, состоящие из миллиардов отдельных частей. Они делают это благодаря молекуле, известной под названием хлорофилл и состоящей из ста с лишним атомов углерода, водорода и кислорода, которые имеют изогнутую особым образом форму и скреплены еще с некоторым количеством атомов магния и водорода. Такое соединение частиц способно улавливать свет, пролетевший 150 000 000 км от нашей звезды – ядерного очага объемом в миллион таких планет, как Земля, – и переправлять эту энергию вглубь клеток, где с ее помощью создаются новые молекулы из двуокиси углерода и воды и выделяется дающий нам жизнь кислород.

Именно эти молекулярные цепи формируют суперструктуру, объединяющую и деревья, и бумагу в этой книге, и все живое. Вы способны читать книгу и понимать слова, потому что у вас есть глаза и они могут превращать рассеянный свет от страниц в электрические импульсы, интерпретируемые мозгом – самой сложной структурой Вселенной, о которой мы вообще знаем. Мы обнаружили, что все вещи в мире – не более чем скопища атомов, а широчайшее многообразие атомов состоит всего из трех частиц – электронов, протонов и нейтронов. Мы знаем также, что сами протоны и нейтроны состоят из более мелких сущностей, именуемых кварками, и на них уже все заканчивается – по крайней мере, так мы думаем сейчас. Основанием для всего этого служит квантовая теория.

Таким образом, картину Вселенной, в которой обитаем мы, современная физика рисует с исключительной простотой; элегантные явления происходят где-то там, где их нельзя увидеть, порождая разнообразие макромира. Возможно, это самое выдающееся достижение современной науки – сведение невероятной сложности мира, включая и самих людей, к описанию поведения горстки мельчайших субатомных частиц и четырех сил, действующих между ними. Лучшие описания трех из четырех этих сил – сильного и слабого ядерных взаимодействий, существующих внутри атомного ядра, и электромагнитного взаимодействия, которое склеивает атомы и молекулы, – предоставляет квантовая теория. Лишь сила тяжести – самая слабая, но, возможно, самая знакомая нам сила из всех – в настоящий момент не имеет удовлетворительного квантового описания.

Стоит признать, что квантовая теория имеет несколько странную репутацию, и ее именем прикрывается множество настоящей ахинеи. Коты могут быть одновременно живыми и мертвыми; частицы находятся в двух местах одновременно; Гейзенберг утверждает, что все неопределенно. Все это действительно верно, но выводы, которые часто из этого следуют – раз в микромире происходит нечто странное, то мы окутаны дымкой тумана, – точно неверны. Экстрасенсорное восприятие, мистические исцеления, вибрирующие браслеты, которые защищают от радиации, и черт знает что еще регулярно прокрадывается в пантеон возможного под личиной слова «квант». Эту чепуху порождают неумение ясно мыслить, самообман, подлинное или притворное недопонимание либо какая-то особенно неудачная комбинация всего вышеперечисленного. Квантовая теория точно описывает мир с помощью математических законов, настолько же конкретных, как и те, что использовали Ньютон или Галилей. Вот почему мы можем с невероятной точностью рассчитать магнитное поле электрона. Квантовая теория предлагает такое описание природы, которое, как мы узнаем, имеет огромную предсказательную и объяснительную силу и распространяется на множество явлений – от кремниевых микросхем до звезд.

Цель этой книги – сорвать покровы таинственности с квантовой теории – теоретической конструкции, в которой путаются слишком многие, включая даже самих первопроходцев в этой отрасли. Мы намерены использовать современную перспективу, пользуясь наработанными за век уроками непредусмотрительности и развития теории. Однако на старте путешествия мы перенесемся в начало XX века и исследуем некоторые проблемы, заставившие физиков радикально отклониться от того, что ранее считалось магистральным направлением науки.

Как часто бывает, появление квантовой теории спровоцировали открытия природных явлений, которые нельзя было описать научными парадигмами того времени. Для квантовой теории таких открытий было много, притом разнообразного характера. Ряд необъяснимых результатов порождал ажиотаж и смятение и в итоге вызвал период экспериментальных и теоретических инноваций, который действительно заслуживает расхожего определения «золотой век». Имена главных героев навсегда укоренились в сознании любого студента-физика и чаще других упоминаются в университетских курсах и по сей день: Резерфорд, Бор, Планк, Эйнштейн, Паули, Гейзенберг, Шрёдингер, Дирак. Возможно, в истории больше не случится периода, когда столько имен будут ассоциироваться с величием науки при движении к единой цели – созданию новой теории атомов и сил, управляющих физическим миром. В 1924 году, оглядываясь на предшествующие десятилетия квантовой теории, Эрнест Резерфорд, физик новозеландского происхождения, открывший атомное ядро, писал: «1896 год… ознаменовал начало того, что было довольно точно названо героическим веком физической науки. Никогда до этого в истории физики не наблюдалось такого периода лихорадочной активности, в течение которого одни фундаментально значимые открытия с бешеной скоростью сменяли другие».

Но прежде чем переместиться в Париж XIX века, к рождению квантовой теории, давайте рассмотрим само слово «квант». Этот термин появился в физике в 1900 году благодаря работам Макса Планка. Он пытался теоретически описать излучение, испускаемое нагретыми телами, – так называемое «излучение абсолютно черного тела». Кстати, ученого наняла для этой цели компания, занимавшаяся электрическим освещением: так двери Вселенной порой открываются по самым прозаическим причинам. Гениальные прозрения Планка мы обсудим в этой книге позже, а для введения достаточно сказать: он выяснил, что свойства излучения абсолютно черного тела можно объяснить, только если предположить, что свет испускается небольшими порциями энергии, которые он и назвал квантами. Само это слово означает «пакеты», или «дискретные». Изначально он считал, что это лишь математическая уловка, но вышедшая в 1905 году работа Альберта Эйнштейна о фотоэлектрическом эффекте поддержала квантовую гипотезу. Результаты были убедительными, потому что небольшие порции энергии могли быть синонимичны частицам.

Идея того, что свет состоит из потока маленьких пулек, имеет долгую и славную историю, начавшуюся с Исаака Ньютона и рождения современной физики. Однако в 1864 году шотландский физик Джеймс Кларк Максвелл, казалось, окончательно рассеял все существовавшие сомнения в ряде работ, которые Альберт Эйнштейн позднее охарактеризовал как «самые глубокие и плодотворные из всех, что знала физика со времен Ньютона». Максвелл показал, что свет – это электромагнитная волна, распространяющаяся в пространстве, так что идея света как волны имела безукоризненное и, казалось бы, неоспоримое происхождение. Однако в серии экспериментов, которые Артур Комптон и его коллеги провели в Университете Вашингтона в Сент-Луисе, им удалось отделить световые кванты от электронов. Те и другие вели себя скорее как бильярдные шары, что явно подтвердило: теоретические предположения Планка имели прочное основание в реальном мире. В 1926 году световые кванты получили название фотонов. Свидетельство было неопровержимым: свет ведет себя одновременно как волна и как частица. Это означало конец классической физики – и завершение периода становления квантовой теории.

2. В двух местах одновременно

Эрнест Резерфорд называл началом квантовой революции 1896 год, потому что именно тогда Анри Беккерель в своей парижской лаборатории открыл радиоактивность. Беккерель пытался с помощью соединения урана получить рентгеновские лучи, которые буквально за несколько месяцев до этого открыл в Вюрцбурге Вильгельм Рентген. Вместо этого оказалось, что соединения урана испускают les rayons uraniques , которые способны засвечивать фотографические пластины, даже если те завернуты в толстый слой бумаги, через который не проникает свет. Важность лучей Беккереля великий ученый Анри Пуанкаре подчеркнул в своей статье еще в 1897 году. Он прозорливо писал об открытии: «…уже сегодня можно считать, что оно дает доступ в совершенно новый мир, о существовании которого мы даже не подозревали». В радиоактивном распаде, объяснявшем открытый эффект, самым загадочным было то, что лучи, казалось, испускаются самопроизвольно и непредсказуемо, без какого-либо внешнего воздействия.

В 1900 году Резерфорд писал об этом: «Все атомы, сформировавшиеся в одно и то же время, должны существовать в течение определенного интервала. Это, однако, противоречит наблюдаемым законам трансформации, согласно которым жизнь атома может иметь любую продолжительность – от нуля до бесконечности». Такое хаотическое поведение элементов микромира стало шоком, потому что до того наука была полностью детерминистской. Если в определенный момент вы знали все, что возможно знать о каком-либо предмете, то считалось, что вы сможете с уверенностью предсказать будущее этого предмета. Отмена этого вида предсказательности – ключевая черта квантовой теории, имеющей дело с возможностью, а не с уверенностью, и не потому, что нам не хватает абсолютного знания, но потому, что некоторые аспекты природы, по сути, управляются законами случая. Поэтому сегодня мы понимаем, что просто невозможно предсказать, когда же именно конкретный атом постигнет распад. Радиоактивный распад – это первая встреча науки с игрой природы в кости, поэтому он много лет смущал умы физиков.

Конечно, много интересного происходило и в самих атомах, хотя их внутренняя структура была в то время совершенно неизвестной. Ключевое открытие совершил Резерфорд в 1911 году. Он с помощью радиоактивного источника бомбардировал тончайший золотой лист так называемыми альфа-частицами (сейчас мы знаем, что это ядра атомов гелия). Резерфорд вместе с помощниками Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом, к своему немалому удивлению, обнаружил, что примерно одна из 8000 альфа-частиц не пролетает через золотой лист, как ожидалось, а отскакивает прямо назад. Впоследствии Резерфорд описывал этот момент с характерной образностью: «Это было, пожалуй, самое невероятное событие, которое случалось в моей жизни. Оно было настолько же невероятно, как если бы вы выстрелили из пятнадцатидюймовой пушки в кусок туалетной бумаги, а ядро отскочило бы и поразило вас». Резерфорда все считали харизматичным и прямолинейным человеком: однажды он назвал самодовольного чиновника евклидовой точкой: «У него есть положение, но нет величины».

Резерфорд посчитал, что его экспериментальные результаты можно объяснить только тем, что атом состоит из очень маленького ядра и вращающихся вокруг него по орбитам электронов. В то время он, возможно, имел в виду примерно ту же схему, по которой планеты вращаются по орбитам вокруг Солнца. Ядро имеет почти всю массу атома, почему и способно останавливать свои «15-дюймовые» альфа-частицы и отражать их. У водорода, простейшего элемента, ядро состоит из единственного протона радиусом около 1,75 × 10 –15 м. Если вы не знакомы с этой записью, переведем: 0,000 000 000 000 001 75 м, или примерно 2 тысячемиллионмиллионных метра.

Насколько мы можем судить сейчас, одиночный электрон похож на того самодовольного чиновника по Резерфорду, то есть на точку, и вращается по орбите вокруг ядра атома водорода по радиусу примерно в 100 000 раз больше диаметра ядра.

Ядро имеет положительный электрический заряд, а электрон – отрицательный, и это значит, что между ними есть сила притяжения, которая аналогична силе гравитации, удерживающей Землю на солнечной орбите. Это, в свою очередь, означает, что атомы – это в основном пустое пространство. Если представить себе атомное ядро размером с теннисный мяч, то электрон будет меньше пылинки, летящей за километр от этого мяча. Такие цифры весьма удивляют, потому что твердая материя явно не кажется нам такой уж пустой.

Резерфордовские атомные ядра поставили перед физиками того времени ряд проблем. Например, было хорошо известно, что электрон должен терять энергию при движении по орбите вокруг ядра, поскольку все объекты с электрическим зарядом отдают энергию, двигаясь по искривленным траекториям. Эта идея лежит в основе работы радиопередатчиков: электроны колеблются, в результате чего создаются электромагнитные радиоволны. Генрих Герц изобрел радиопередатчик в 1887 году, и ко времени открытия Резерфордом атомного ядра уже существовала коммерческая радиостанция, отправлявшая сообщения через Атлантический океан – из Ирландии в Канаду. Таким образом, уже никто не удивлялся теории вращающихся по орбите зарядов и излучения радиоволн, но это смущало тех, кто пытался объяснить, как же электроны остаются на орбите вокруг ядра.

Столь же необъяснимый феномен представлял собой свет, который испускали разогреваемые атомы. Еще в 1853 году шведский ученый Андерс Ангстрем пропустил искру через трубку, наполненную водородом, и проанализировал полученный свет. Можно было предположить, что газ будет светиться всеми цветами радуги; в конце концов, что такое Солнце, как не светящийся газовый шар? Вместо этого Ангстрем обнаружил, что водород светится тремя отчетливыми цветами: красным, сине-зеленым и фиолетовым, давая три чистые узкие дуги, как у радуги. Вскоре было выявлено, что так ведут себя все химические элементы. У каждого из них есть уникальный цветовой штрихкод. К тому времени как Резерфорд выступил по поводу атомного ядра, ученый Генрих Кайзер завершил работу над шеститомным справочником из 5000 страниц, озаглавленным Handbuch der Spectroscopie («Справочник по спектроскопии»): он описывал все цветные светящиеся линии известных элементов. Вопрос, конечно, зачем? И не только «Зачем, профессор Кайзер?» (наверное, за обедом над его фамилией нередко шутили), но и «Почему так много цветных линий?». Более 60 лет наука, получившая название спектроскопии, была эмпирическим триумфом и теоретическим провалом.

В марте 1912 года датский физик Нильс Бор, очарованный проблемой строения атома, отправился в Манчестер для встречи с Резерфордом. Позже он отмечал, что попытки расшифровать внутреннее строение атома по данным спектроскопии были чем-то сродни выведению базовых постулатов биологии из раскраски крыла бабочки. Атом Резерфорда с его моделью в духе Солнечной системы дал Бору необходимую подсказку, и в 1913 году он уже опубликовал первую квантовую теорию строения атома. У этой гипотезы, конечно, были свои проблемы, но она содержала несколько важнейших идей, подстегнувших развитие современной квантовой теории. Бор заключил, что электроны могут занимать лишь определенные орбиты вокруг ядра, а орбитой с самой низкой энергией будет ближайшая. Он утверждал также, что электроны способны перепрыгивать с орбиты на орбиту. Они переходят на более отдаленную орбиту, когда получают энергию (например, от искры в трубке), а затем продвигаются ближе к центру, одновременно излучая свет. Цвет этого излучения непосредственно определяется разностью энергий электрона на этих двух орбитах. Рис. 2.1 иллюстрирует основную идею; стрелка показывает, как электрон перепрыгивает с третьего энергетического уровня на второй, испуская свет (представленный волнистой линией). В модели Бора электрон может двигаться вокруг протона (ядра атома водорода) лишь по одной из особых, «квантованных» орбит; движение по спирали просто запрещено. Таким образом, модель Бора позволила ему вычислить длины волн (то есть цвета) света, который наблюдался Ангстремом: они соответствовали прыжку электрона с пятой орбиты на вторую (фиолетовый цвет), с четвертой орбиты на вторую (сине-зеленый цвет) и с третьей на вторую (красный цвет). Модель Бора к тому же корректно предсказывала существование света, который должен испускаться при переходе электрона на первую орбиту. Этот свет – ультрафиолетовая часть спектра, невидимая человеческому глазу. Поэтому не видел ее и Ангстрем. Однако в 1906 году ее зафиксировал гарвардский физик Теодор Лайман, и эти данные замечательно описывались моделью Бора.

Рис. 2.1. Модель атома Бора, иллюстрирующая испускание фотона (волнистая линия) в результате перехода электрона с одной орбиты на другую (обозначен стрелкой)

Хотя Бор не сумел распространить свою модель дальше атома водорода, выдвинутые идеи можно было применить и к другим атомам. Например, если предположить, что у атомов каждого элемента набор орбит уникален, они будут испускать световые лучи лишь определенного цвета. Таким образом, эти цвета служат своего рода «отпечатками пальцев» атома, и астрономы, разумеется, немедленно воспользовались уникальностью спектральных линий атомов для определения физического состава звезд.

Модель Бора – неплохое начало, но всем была ясна ее недостаточность: например, почему электроны не могут двигаться по спирали, когда известно, что они должны терять энергию, испуская электромагнитные волны (идея, получившая реальное подтверждение с появлением радио)? И почему орбиты электрона изначально квантуются? И как насчет более тяжелых, чем водород, элементов: что делать для понимания их строения?

Но какой бы несовершенной ни казалась теория Бора, это был критически важный шаг и пример того, как порой учеными достигается прогресс. Нет никакой причины складывать оружие перед лицом озадачивающих и порой ставящих в тупик фактов. В подобных случаях ученые часто делают так называемый анзац – прикидку, или, если угодно, правдоподобное допущение, а затем переходят к вычислению его последствий. Если предположение работает, то есть получающаяся теория согласуется с экспериментальными данными, то можно с большей уверенностью вернуться к изначальной гипотезе и пытаться более детально в ней разобраться. Анзац Бора 13 лет оставался успешным, но не до конца объясненным.

Мы вернемся к истории этих ранних квантовых идей на последующих страницах книги, но сейчас перед нами лишь множество странных результатов и вопросы с неполными ответами – как и перед основоположниками квантовой теории. Если резюмировать, то Эйнштейн, следуя за Планком, предположил, что свет состоит из частиц, но Максвелл уже показал, что свет ведет себя как волна. Резерфорд и Бор прокладывали путь к пониманию строения атома, но поведение электрона внутри атома не согласовывалось ни с одной из известных в то время теорий. А разнообразные явления, носящие общее название радиоактивности, при которой атомы спонтанно делятся на части по невыясненным причинам, оставались загадкой – во многом потому, что вносили в физику волнующий элемент случайности. Сомнений не оставалось: в субатомном мире грядет что-то странное.

Совершение первого шага к общему, согласованному ответу на эти вопросы большинство приписывают немецкому физику Вернеру Гейзенбергу. То, что он сделал, стало совершенно новым подходом к теории материи и физических сил. В июле 1925 года Гейзенберг опубликовал статью, в которой рассматривал старые добрые идеи и гипотезы, в том числе модель атома Бора, но под углом зрения совершенно нового подхода к физике. Он начал так: «В этой работе делается попытка получить основы квантовой теоретической механики, которые базируются исключительно на соотношениях между принципиально наблюдаемыми величинами». Это важный шаг, потому что Гейзенберг таким образом подчеркивает: лежащая в основе квантовой теории математика не обязана согласовываться с чем-то уже известным. Задачей квантовой теории должно стать непосредственное предсказание поведения наблюдаемых объектов – например, цвета световых лучей, испускаемых атомами водорода. Нельзя ожидать от нее сколь-либо удовлетворительного мысленного представления внутреннего механизма поведения атома, потому что это и не нужно, и, может быть, даже нереально. Одним ударом Гейзенберг развеял идею о том, что действия природы непременно согласуются со здравым смыслом. Это не значит, что теория микромира не может согласовываться с нашим повседневным опытом описания движения крупных объектов – например, самолетов или теннисных мячей. Но нужно быть готовым отбросить заблуждение о том, что мелкие предметы оказываются всего лишь маленькими разновидностями крупных, а именно подобное заблуждение и может выработаться в ходе экспериментальных наблюдений.

Нет никаких сомнений, что квантовая теория – вещь хитрая, и уж тем более несомненно, что чрезвычайно хитер и сам подход Гейзенберга. Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг, один из величайших современных физиков, так писал о статье Гейзенберга 1925 года:

«Если для читателя остается тайной то, что делал Гейзенберг, он в этом не одинок. Я несколько раз пытался прочитать статью, которую он написал по возвращении с острова Гельголанд, и, хотя я полагаю, что разбираюсь в квантовой механике, так до конца и не уловил обоснования математических действий автора в этой работе. Физики-теоретики в своих самых успешных трудах часто играют одну из двух ролей: они либо мудрецы, либо волшебники… Обычно не так сложно понять работы физиков-мудрецов, но работы физиков-волшебников порой совершенно непостижимы. В этом смысле статья Гейзенберга 1925 года – настоящее волшебство».

Философия Гейзенберга, впрочем, ничего магического собой не представляет. Она проста, и именно она лежит в основе того подхода, которым мы пользуемся в книге: задача объясняющей природу теории – делать количественные предсказания, которые будут сопоставимы с экспериментальными результатами. Мы не имеем возможности разработать теорию, имеющую какое-то отношение к нашему восприятию мира в целом. К счастью, хотя мы и берем на вооружение философию Гейзенберга, будем следовать более понятному подходу к квантовому миру, разработанному Ричардом Фейнманом.

На последних нескольких страницах этой книги мы неоднократно слишком вольно использовали слово «теория», так что, прежде чем продолжить разрабатывать квантовую теорию, будет полезно подробнее взглянуть на более простую. Хорошая научная теория содержит набор правил, определяющих, что может и чего не может случиться в определенной части мироздания. Теория должна позволять делать предсказания, которые впоследствии пройдут проверку наблюдениями. Если предсказания окажутся ложными, то эта теория неверна и подлежит замене. Если предсказания согласуются с наблюдениями, теория жизнеспособна. Ни одна теория не может считаться «истинной», в том смысле что всегда должна быть возможность ее фальсифицировать, то есть доказать ее ложность. Как писал биолог Томас Гексли, «наука – это упорядоченный здравый смысл, в котором множество прекрасных теорий было убито уродливыми фактами». Любая теория, которая не может быть фальсифицирована, не считается научной; более того, можно даже сказать, что она вообще не содержит никакой достоверной информации. Критерий фальсифицируемости отличает научные теории от обычных мнений. Такое научное понимание термина «теория», кстати, отличается от обиходного употребления, при котором под этим словом часто подразумеваются умозрительные рассуждения. Научные теории могут быть умозрительными, пока они не столкнулись с эмпирическими свидетельствами, но утвердившаяся в науке теория всегда подкреплена большим количеством доказательств. Ученые стараются разрабатывать теории, призванные объяснить как можно больше явлений, а физики, в частности, приходят в восторг от перспективы описать все, что вообще может случиться в материальном мире, с помощью небольшого количества правил.

Один из примеров хорошей теории, применимой во множестве случаев, – это теория Исаака Ньютона о всемирном тяготении, опубликованная 5 июля 1687 года в его «Математических началах натуральной философии». Это была первая современная научная теория, и, хотя впоследствии было доказано, что в некоторых случаях она неточна, в целом эта теория оказалась настолько хороша, что используется и сегодня. Более точную теорию тяготения – общую теорию относительности – разработал Эйнштейн в 1915 году.

Ньютоново описание гравитации можно уложить в одно математическое уравнение:

Эта формула может показаться простой или сложной – в зависимости от ваших математических познаний. В этой книге мы порой будем прибегать к математике. Тем читателям, которым она дается непросто, советуем пропускать уравнения и не особенно беспокоиться. Мы всегда будем стараться изложить ключевые идеи, не прибегая к математике. Добавили ее в основном из-за того, что она позволяет объяснить, почему вещи таковы, какие они есть. Без этого мы выглядели бы какими-то гуру физики, извлекающими глубокие истины прямо из воздуха, а ни один приличный автор этого не хочет.

Но вернемся к уравнению Ньютона. Представьте, что яблоко ненадежно держится на ветке. Мысли о силе притяжения, которые летним днем заставили конкретное спелое яблоко свалиться Ньютону на голову, согласно научному фольклору, стали источником его теории. Ньютон говорил, что на яблоко действует гравитация, которая тянет его к земле, и эта сила в уравнении представлена буквой F . Так что в первую очередь уравнение позволяет высчитать силу, действующую на яблоко, если вы знаете, что значат символы в правой части формулы.

Буква r обозначает расстояние между центром яблока и центром Земли. Оно возведено в квадрат, потому что Ньютон обнаружил, что сила зависит от квадрата расстояния между объектами. Если обойтись без математики, то это значит, что при увеличении расстояния между яблоком и центром Земли вдвое гравитация уменьшится в 4 раза. Если расстояние утроить, сила притяжения упадет в 9 раз. И так далее. Физики называют такое поведение законом обратных квадратов. Буквы m 1 и m 2 обозначают массу яблока и массу Земли, и их появление свидетельствует о понимании Ньютоном закономерности: сила гравитационного притяжения между двумя объектами зависит от произведения их масс. Но возникает вопрос: что такое масса? Этот вопрос интересен сам по себе, и, чтобы получить наиболее исчерпывающий ответ, придется подождать, пока мы не заведем разговор о квантовой частице, известной как бозон Хиггса. Грубо говоря, масса – это мера количества «материала» в чем-то; Земля массивнее яблока. Впрочем, такое определение недостаточно удачно. К счастью, Ньютон привел и способ измерения массы объекта независимо от закона гравитации, и этот способ выводится с помощью второго из трех законов движения, столь любимых каждым современным студентом-физиком.

Научные редакторы Вячеслав Марача и Михаил Павлов

Издано с разрешения Apollo’s Children Ltd and Jeff Forshow и литературного агентства Diane Banks Associates Ltd.

Правовую поддержку издательства обеспечивает юридическая фирма «Вегас-Лекс».

* * *

1. Что-то странное грядет

2. В двух местах одновременно

«Если для читателя остается тайной то, что делал Гейзенберг, он в этом не одинок. Я несколько раз пытался прочитать статью, которую он написал по возвращении с острова Гельголанд, и, хотя я полагаю, что разбираюсь в квантовой механике, так до конца и не уловил обоснования математических действий автора в этой работе. Физики-теоретики в своих самых успешных трудах часто играют одну из двух ролей: они либо мудрецы, либо волшебники… Обычно не так сложно понять работы физиков-мудрецов, но работы физиков-волшебников порой совершенно непостижимы. В этом смысле статья Гейзенберга 1925 года – настоящее волшебство».

Ньютоново описание гравитации можно уложить в одно математическое уравнение:

Относится к «О системной нейрофизиологии»

Невидимое

Иногда мы не в состоянии видеть что-то "в упор", хотя это - прямо перед нами. И это "не видеть" часто вовсе не означает "не замечать", а совершенно новое мы в принципе увидеть не можем - что и будет показано в этой статье. Такое утверждение настолько странно звучит, что весь опыт с полной очевидностью протестует: "так быть не может! если что-то есть передо мной, то это я точно могу видеть".

Но это не более странно, чем утверждение: мы можем видеть то, чего нет на самом деле. Не видение чего-то, как и видение несуществующего, все иллюзии восприятия - порождаются особенностями организации механизмов психи ки .

Эта статья показывает почему мы можем что-то не замечать, и когда мы можем что-то вообще не видеть.

Не видеть здесь значит - не выделять совокупность признаков восприятия как взаимосвязанные - в объект внимания и, соответственно, никак на это не реагировать: ни сознательно, ни автоматически. О том, что такое признаки восприятия и как они связываются сначала в примитивы, потом из этих примитивов опытом образуются более сложные объекты внимания - можно ознакомиться в подборке Распознавание образов . Но не обязательно это делать прямо сейчас потому, что воспринять сразу все то, из чего складывается понимание явления субъективизации - очень не просто, а в этой статье делается попытка дать лишь самые общие представления так, чтобы заинтересованный в более углубленном понимании смог это сделать с помощью приведенных ссылок.

Актуальность написания статьи подтверждается не первым уже драматическим .

Мы постоянно упускаем из своего внимания что-то, что мы можем сами в другой момент увидеть или другие могут это видеть. И мы вообще не способны выделить из наблюдаемого то, с чем пока еще никогда не имели дело в данных условиях восприятия.

Вот картинка для того, чтобы попытаться увидеть, что на ней изображено (возможно, для некоторых нет новизны объекта, и они уже подготовлены к видению этого объекта):

Здесь важно зафиксировать первое впечатление , когда поначалу толком ничего не распознается (хотя ваше внимание было обращено на то, что там что-то есть, причем размером во всю картинку), а потом, когда будет получен ответ, вдруг оказывается, что, конечно же, это здесь присутствовало на всей картинке, и теперь уже при взгляде на нее становится странно, что это могло не узнаваться. Дело в том, что первоначальное впечатление будет модифицировано последующим и если не запомнить первое впечатление, то опять будет очевидная убежденность , что не может быть, что не что-то не видно:)

Я показывал эту картинку разным людям. Те, кто имел опыт дизайнерства или был художником, почти сразу видели объект, другие, в том числе и я - в упор не видели. Первые очень удивлялись, наблюдая усилия тех, кто не видел: "ну как это так?? Ведь сразу же видно, что тут изображено!".

Теперь немного самых важных для понимания пояснений (понять во всей глубине сразу неподготовленным нереально, но суть ухватить сможет любой интересующийся).

У человека восприятие настолько хорошо обкатано практикой и задачами жизни, что в обыденности он ощущает его безусловную полноценность, ему кажется, что он полностью ухватывает окружающее, и если что-то есть перед ним он это видит - как фотоаппарат. Интересно, что люди, родившиеся без зрения, настолько же уверенно себя чувствуют в привычном окружающем, но создавая не зрительный образ, а слуховой и еще - осязательный, а в темноте у них - явное преимущество. Казалось бы, что у них несопоставимый изъян: они могут сканировать окружающее только последовательно касаясь палкой или руками. Но это преимущество зрячего обманчиво: ведь и он сканирует взглядом только лишь центрально-сфокусированным, очень узким участком поля зрения, и только в голове в целом создается картинка. Причем, если он взглянул на что-то сфокусированной точкой, то все остальное у него в голове возникает предположительно - в результате прогно за, основанного на ранее увиденном.

Но по-настоящему делает последовательным сканирование окружающего даже не особенность органов чувств, а особенность осознания воспринятого. Мы можем осознавать что-то только по очереди, а не сразу все потому, что канал нашего сознания (или фокус нашего внимания) - только один, в то время как поток сигналов от рецептор ов восприятия - огромен и одновременен.

При этом мы реагируем, не осознавая, на множество раздражителей одновременно (как и делаем множество действий одновременно: дышим, сердце бьется, балансируем множеством мышц, совершаем множество неосознаваемого). Но мы можем наблюдать и видеть лишь что-то одно в данный момент и осознанно управлять лишь одним действием (те, кто демонстрирует одновременное множество действий на самом деле последовательно переключает корректирующее внимание с одного на другое, а в промежутках все это выполняется без осознания).

Почему природа сделала лишь один канал осознаваемого внимания? Если бы нам не нужно было приспосабливаться к новому в течение жизни, то нам вообще не нужно было сознание, достаточно было бы автоматизмов поведения, предопределяемых наследственно - как у насекомых . Но чтобы добиться наиболее желательного результата поведения в новых условиях, необходима программа (опять же автоматизмы) навыков нахождения новых вариантов поведения на основе прогно зируемых последствий. Эта программа обеспечивает сотворение новых вариантов или просто творчество . После того, как вариант найден и его проба в реальности оказалась успешной, он в дальнейшем уже не требует осознания и закрепляется как новое звено цепочек неосознаваемых автоматизмов .

Действие этой программы проявляется как "сознание" . Организация механизмов сознания в мозге потребовала образования новых больших зон мозга. И эти зоны требуют настолько большой энерги и для поддержания активности, что таких систем мозг не может содержать несколько. Поэтому осознаваться может только что-то одно в каждый момент времени, образуя цепочки памяти о событиях - воспоминания. Канал осознания один, его переключатель (гиппокамп ) выделяет для осознания только наиболее актуальное в данный момент из всего, что есть в восприятии. Эта актуальность формально "вычисляется" как произведение нового на значим ость , что и привлекает осознаваемое внимание (наиболее активное проявление привлечение внимание называется ориентировочным рефлексом ).

Поэтому мы не можем видеть сразу несколько объектов и удерживать их вниманием в одном фокусе сознания. Мы видим лишь самое актуальное из всего. Все остальное не осознаем. Это легко проверить: тот кто не имеет навыка запоминать непосредственно первичный зрительный образ (фотографически) и потом его рассматривать, всегда будет затрудняться перечислить объекты по памяти, которые он мог бы перечислить попеременно обращая на них внимание.

При этом очень многие сигналы рецептор ов восприятия, не затрагивая сознания в виду их меньшей актуальности, продолжают активизировать те поведенческие автоматизмы, для которых являются пусковыми стимулами или определяют контекст действия других пусковых стимулов. Они не осознаются, но действуют, т.е. мы их не замечаем, но используем. В статье же речь идет о том, что не используется даже вне осознания, о том, что не видится потому, что не были ранее установлены такие связи, которые могут использоваться, и совокупность признаков восприятия, хотя и оказывает воздействия на самые примитивные структуры распознавания, этим и ограничивается. Нужно это рассмотреть более подробно.

Все органы чувств преобразуют воспринимаемое физическое воздействие в максимально примитивные элементы (звук разлагается на отдельные частоты и силу воздействия каждой из них, картинка на сетчатке - некое подобие матрицы цифрового фотоаппарата раскладывает изображение на отдельные точки по три цвета в каждой и т.п.). Далее, еще в досознательный период развития, на основе этой детализации формируются распознаватели более сложных примитивов восприятия (будем говорить о зрительном): точки, линии круги, углы, квадраты и т.п. - самых разных размеров и ориентаций (если возбудить такой распознаватель током, то мы увидим этот примитив). На основе примитивов позже формируются более сложные образы. В конечном счете все сочетания, которые индивид воспринимал (еще не осознавая), образуют впрок коллекции распознавателей образов, позволяющие мгновенно идентифи цировать, например, квадрат и отличить его от прямоугольника. Если нет в коллекции распознавателей вертикальных полос, у нас будут затруднения в узнавании объектов с такими полосами, задержка восприятия-действия (возможно, фатальная).

В работе Нейробиология и генетика поведения :

В следующей серии экспериментов котят помещали в так называемую вертикальную среду (котята сидели в темноте, и свет зажигали ненадолго, при этом в пустом помещении имелись только вертикальные полоски на стенах). По окончании сензитивного периода их помещали в обычную среду. Оказалось, что такие котята не видят горизонтальные предметы, то есть если швабра стоит, то котенок может ее обойти, если она лежит, то он на нее натыкается. Это происходит потому, что в коре не образовались связи, реагирующие на горизонтальные предметы.

Когда созревают зоны мозга, реализующие механизмы сознания, становится возможным влиять на наследственно предрасположенные и уже реализованные автоматизмы, корректируя реакции в зависимости от оклика системы оценки результата пробного поведения: то, что удовлетворяет, закрепляется как новый автоматизм, то, что приводит к нежелательному, блокирует дальнейшее прохождение цепи такого автоматизма.

Важно: каждая фаза автоматизма активизируется определенным пусковым стимулом в данных условиях , который был ранее закреплен как признак того, что пора совершать следующую фазу действия. Это закреплялось, если такое действие давало желательный результат. Вне пусковых стимулов, т.е. более примитивных распознавателей образов восприятия, закрепленных с данным звеном автоматизма, оно не может быть активно. Если ранее не было опыта восприятия чего-то, то оно никак ничего не может затрагивать в рефлексии, никаких действий не вызывает: ни осознаваемых (при максимальной актуальности воспринимаемого), ни бессознательных.

Вот почему возможно то, что никак не затрагивает нашу психи ку, как если бы его для нас вообще не существовало. И такого неизмеримо больше, чем нам уже понятного. Понятно, что это находится в области пока еще не познанного нами в данных условиях (то, что познано при одних обстоятельствах, может быть совершенно не годиться для других обстоятельств).

Всякий раз, когда возникает трудность в интерпретации проявлений "не видения", стоит освежать приведенные принципы восприятия, которые охватывают все возможные случаи.

Рассмотрим несколько видов проявлений "не видения", основанных на отсутствии ранее закрепленных личным опытом ассоциаций.

Эти явления называют "слепота к изменениям", "мертвые зоны внимания", "перцептивная слепота", "слепота невнимания".

В статье «Мертвые зоны» внимания :

В статье описываются два экспериментальных исследования, доказывающих существование «мертвых зон» зрительного внимания.... «Мертвые зоны» внимания – это особенно ярко выраженная слепота к изменению объектов, расположенных вблизи объекта, привлекающего наибольшее внимание.

В одном из полевых исследований (Simons, Levin, 1998) экспериментатор под видом прохожего подходил к наивным испытуемым – реальным прохожим – и просил по карте показать дорогу к одному из объектов университетского городка. Через 15–20 секунд после начала разговора двое фиктивных рабочих проносили между экспериментатором и испытуемым дверь.

В этот момент экспериментатор менялся местами с одним из рабочих. Таким образом, когда дверь уносили, перед испытуемым стоял уже другой человек. В этой ситуации почти половина испытуемых не заметили подмены собеседника и продолжали свои объяснения. В другой серии экспериментов (Levin, Simons, 1997) испытуемые смотрели короткие видеофрагменты, в которых был применен монтаж, т. е. мгновенная смена ракурсов съемки, и во время этой смены происходили изменения. В экспериментах обнаружилось, что почти 70 % испытуемых не замечали подмены главного действующего лица, а изменения менее существенных деталей (например, предметов одежды или посуды) оставались проигнорированными почти в 100 % случаев!

Феномен слепоты к изменению тесно связан с проблемой зрительного внимания человека и традиционно относится к классу так называемых ошибок внимания.

слепота невнимания или перцептивная слепота, феномен слепоты к событиям, происходящим прямо перед нашими глазами.... Первым эти эксперименты провел Ульрик Найссер, автор “Когнитивной психологии”, он же предположил причины такой слепоты. Во–первых, это неготовность воспринимать предметы, которые мы не ожидаем увидеть. Вторая причина, это рассеяность, вызванная необходимостью полностью сконцентрировать внимание.

Что такое «слепота невнимания»?

Вы когда-нибудь задавали себе вопрос: как фокуснику удаётся провести зрителей, даже если он проделывает свой фокус прямо перед глазами какого-нибудь наблюдателя? Как бы вы ни напрягали внимание, у вас всё равно не получится заметить ловкое движение руки, выполняющей трюк. Многие из нас верят, что, если смотреть очень пристально, мы обязательно заметим все детали. Но это не так, как доказывают многочисленные эксперименты исследователей. Доктор Дэниел Дж. Саймонз пишет: «Хотя мы интуитивно полагаем, что яркие и выделяющиеся объекты обязательно завладеют нашим вниманием, очень часто этого не происходит. Например, водители не замечают другую машину во время поворота или человек выискивающий свободное кресло в кинотеатре, не замечает своего знакомого, даже если тот машет ему рукой». Такой феномен получил название «слепоты невнимания» или «перцептивной слепоты». Некоторые из полученных в ходе исследований фактов довольно любопытны:

· Когда испытуемым предлагали пронаблюдать за перемещением синих кругов по экрану и попытаться предсказать направление их перемещения, в 88 % случаев испытуемые не замечали смены цвета кругов на зелёный.

· Когда испытуемые смотрели видеофрагмент, в котором две баскетбольные команды передают друг другу мяч и при этом цвета формы одной из команд неожиданно меняются, один из четырёх испытуемых не замечал перемены.

· Когда испытуемые смотрели видеофрагмент баскетбольного матча, в ходе которого среди игроков на площадке неожиданно на 4 секунды появляется женщина с зонтом, один из четырёх испытуемых не замечал её.

· Когда испытуемые смотрели на два креста на экране, стараясь определить, который из них больше, и после трёх попыток на четвёртый раз вместо одного из крестов показывали прямоугольник, один из четырёх испытуемых также не замечал перемены.

На основе экспериментов, проведённых в 2006 году, исследователи Мика Койвисто и Антти Ревонсуо предположили: чем больше новое похоже на то, за чем мы уже наблюдаем, тем сильнее наша способность распознать это новое явление. Казалось бы, совершенно неожиданные вещи, наоборот, должны были бы привлекать больше внимания, но это не так. Об этом говорят и сами испытуемые. Так что никакой маги и здесь нет - простой психологический фактор.

С еминар "В еликая иллюзия сознания: феномены, эксперименты, модели "

В докладе обсуждается феномен мертвой зоны внимания - ярко выраженной неспособности заметить какие-либо объекты и происходящие с ними события в непосредственной близости от наиболее интересного объекта (Уточкин, 2009; Utochkin, 2011).

Согласно представлению о Великой иллюзии сознания, восприятие зрительных сцен и происходящих в ней событий является гораздо менее полным и постоянным, чем нам кажется. Большинство теор ий утверждает, что только сфокусированное внимание делает информацию об объекте полной и доступной ясному осознанию. Вместе с тем, серия исследований последних десятилетий показывает, что, по-видимому, ранние «предвнимательные» репрезентации уже включают достаточно большой объем информации, который позволяет видеть далеко «за пределами» фокуса внимания. Фактически «предвнимательное» зрение выделяет наиболее глобальные сегменты сцены, а также рассчитывает основные статистические параметры однотипных локальных объектов (например, средний размер листьев на дереве, основное направление движения стаи птиц в небе). Вероятно, подобные предвнимательные механизмы вносят важный вклад в возникновение Великой иллюзии, убеждая нас в кажущейся полноте образов воспринимаемых нами сцен.

В докладе будет представлен обзор исследований, посвященных сравнительно недавно описанному группой шведских психологов феномену «слепоты при выборе» (choice blindness). В экспериментах, проведенных данной группе, испытуемым показывали пары карточек с различными изображениями (женскими лицами, абстрактными узорами и т.п.) и просили выбрать наиболее предпочитаемую карточку. В одной из проб эксперимента сразу после выбора испытуемого карточки незаметно меняли, после чего испытуемого просили обосновать, почему он выбрал именно эту карточку (на самом деле ему показывалась отвергнутая карточка). Оказалось, что до 70% испытуемых не замечают подобной подмены. В докладе будут представлены разнообразные варианты феномена, а также попытки его объяснения.

Вероятность того, будет ли замечен и эффективно обработан зрительный стимул, во многом определяется зрительным контекст ом, в котором он предъявляется. При этом контекст , даже не будучи осознаваемым, может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на успешность опознания стимула, а в случае неоднозначности этого стимула - влиять на его трактовку. В свете проблемы внимания особенно интересны эффекты контекст а, связанные с укрупнением единиц обработки зрительной информации.

Слепота к изменению – это неспособность заметить значительные изменения объектов зрительной сцены, происходящие в момент краткого прерывания восприятия. Предполагается, что критическим условием восприятия изменений является сфокусированное на меняющемся объекте внимание. Часто слепота к изменению наблюдается даже в тех ситуациях, когда изменение происходит регулярно, а наблюдатель активно ищет его. В одних случаях человек находит изменение в течение нескольких секунд, а в других поиски оказываются тщетными в течение многих десятков секунд или даже многих минут. В последнем случае можно говорить о персистирующей слепоте к изменению. В докладе будут рассмотрены три возможных фактора, которые вносят вклад в возникновение данного явления: 1) мертвая зона внимания; 2) сбой в системе, обеспечивающей запоминание и торможение ранее обследованных мест; 3) систематическое игнорирование малоприоритетных деталей.

Б. М. Величковский " Когнитивная наука. Основы психологии познания " в 2-х томах

Речь идёт о интересном эксперименте, который назвали "Слепота к изменению". Психолог в униформе строительного рабочего и с картой на улице подходит к прохожему (на видео прохожим оказалась молодая женщина) и просит объяснить ему дорогу. Пока женщина объясняет, между ними проходят другие психологи в форме рабочих с большой дверью. За дверью психологи меняются местами, человека, который просил объяснить про дорогу, сменил другой психолог, который как ни в чём не бывало продолжает беседу. Женщина эту подмену не заметила.

Очень интригующими представляются свидетельства, ставшие почти легендами о том, что дикари, никогда не видящие кораблей, демонстрировали свое полное равнодушие, отсутствие какого бы то ни было внимания к подплывающим кораблям, но замечали уже подплывающие шлюпки, которые во многом напоминали их лодки. Таких свидетельств, апеллирующих к дневникам мореплаветелей, ходят по головам не мало. Был снят фильм на эту тему, есть обобщающая подборка случаев.

Сам по себе кажущейся удивительным факт "не видения" кораблей авторы могли бы использовать лишь в качестве развлекательной иллюстрации, т.к. ничьи интересы он не задевает. Но если бы это был литературный вымысел, то он принадлежал бы перу одного автора или описания расходились бы в каких-то существенных взаимно противоречивых деталях. Но в разных случаях описывается то, что в самом деле хорошо иллюстрирует эффект невидимого когда объект совершенно не знаком и никак не ассоциирован с теми признаками, которые наблюдатель мог бы увидеть и придам им определенный смысл , определенное значение для него.

Оригиналы дневников путешественников, хотя и есть в интернет-доступе , это - рукописи на языке середины прошлого века. Поэтому сопоставлению поддаются лишь пересказы их содержания. Кроме того, нельзя сказать, что легенда появилась недавно. Мне еще в детстве попалась книга 1960-го года издания (к сожалению не помню автора не смог найти ее текст в инете): "Адмирал моря-океана", где был описан эпизод не видения туземцами кораблей, не обращение внимания до тех, пор, пока это их внимание не было привлечено к той совокупности признаков, какой обладал объект. Описание в важных моментах созвучно другим таким описаниям. Это похоже на то, как можно не замечать даже известный предмет перед глазами потому, что он никак не привлекает внимание и не выделяется для осознания. Но если предмет ранее не был известен в данных условиях (как картинка в вверху статьи для многих), то не только осознанное внимание не привлекается, но и данный набор признаков никак не затрагивает автоматизмы , которые могли бы активировать ориентировочный рефлекс, чтобы обратить внимание на что-то необычное (см. теор . обоснование выше).

Фрагменты из доступных источников:

Американский режиссер Аллан Дорсет снял на эту тему фильм, который называется «Встреча цивилизаций». Дорсет руководствовался записями в дневнике Магеллана. Мореплаватель описал случай, когда дикари, живущие на берегах Южной Америки, заметили шлюпки, в которых матросы в 1520 году пристали к берегу, но не видели корабли с высокими мачтами, бросившие якоря неподалеку от побережья.

Когда Кук летом 1770 года впервые прибыл к восточному побережью Австралии, его появление не вызвало ровно никакой реакции. Как объясняет этот факт историк Роберт Хьюдж, барка была так огромна, сложна и непохожа на все, дотоле виденное аборигенами, что они просто игнорировали судно . Только когда моряки подплыли к берегу на шлюпках, австралийцы заметили их. Вид мужчин в небольших лодках был им привычен и означал вторжение чужого племени.

... На побережье Австралии , которое позднее было объявлено владением Британии и названо Новый Южный Уэльс, подобное поведение аборигенов повторялось несколько раз. Большой корабль был для них как будто бы невидим, и они реагировали на него, лишь когда англичане пытались высадиться . Тогда аборигены либо уходили подальше от берега, либо встречали пришельцев поднятыми с целью устрашения копьями.

Вот как выглядит неприятие возможности не видеть новое для данного конкретного случая: кораблей и туземцев (реально изреченная фраза):

Главная мысль, которую я пытаюсь растолковать, - я не могу, категорически, не увидеть предмет, только из за того, что он для меня совершенно новый . Это не может быть основополагающим для отсутствия восприятия. ..Именно категорическая новизна и является причиной начала восприятия . Индейцы не могли не оценивать приближающийся большой объект.

При этом интересно заметить, что эти категорически сделанные утверждения сами по себе нуждаются в обосновании, в доказательстве. Но такого нет, а есть лишь уверенность, основанная на личных представлениях об "очевидности". Мало того, этим утверждается некая чудесная изначальная способность видеть буквально все с самого рождения, как только глаза открыл.

На самом деле новизна, с которой ранее не была связана хотя бы малейшая значим ость, хоть малейший смысл , не может быть воспринята просто потому, что пока еще нет тех распознавателей, которые это способны сделать (формально - в произведении новизны на значим ость один из сомножителей - ноль).

Способность видеть и различать не дается с рождения, а постепенно приобретается, начиная с доосознанного распознавания самых простейших форм и затем - только (потому как уже закончились критические периоды развития доосознанных распознавателей) с помощью осознанного придания смысл а новому. Для этого нужно чтобы что-то или кто-то обратил внимание на данную целостную совокупность признаков, которая присуща объекту и нужно чтобы к этому объекту возникло собственное отношение, придающее ему некий смысл (например, пока чукчу пчела не ужалит, которой он никогда не видел и в упор не замечал, кружащуюся вокруг, не выделяя ее среди множества других фоновых составляющих). Вот что делает новый объект распознаваемым, что будет впредь привлекать внимание очень многими его новыми проявлениями пока все новое не исчерпается в доступном разнообразии условий проявления.

А с рождения такой способности нет и, распознавая разрозненную совокупность доступных восприятию признаков, это никак не привлекает внимание и не дает ориентировочной реакции как нечто целостное и требующее наблюдения. Мы видим точки, линии, круги и другие примитивы первичных распознавателей даже если специально наше внимание привлечено к этому месту (верхняя картинка), но не можем выделить ту их часть, которая составляет новый для нас объект, мы не видим этот объект точно так же, как без соответствующего опыта дети не могут выделить среди беспорядочных цветных пятен медицинского текста заложенную в нем фигуру. Хотя видим все составляющие его более элементарные признаки. Соответственно, если не привлечь внимания к такой бессмысл енной каше, она вообще не замечается.

Итак, если отбросить шелуху фольклора мист иков и просто психологов, по своим понятиям и интересам интерпретирующих явление, то стоит сказать, что само-то явление реально. И оно повсеместно и постоянно проявляет себя.

Сама суть явления такова, что человеку трудно его представить: он или "в упор не видит" или уже распознает и тогда недоумевает, а как можно это "не видеть". Кавычки здесь не зря потому, что нужно определить, что речь идет не о процессе рецепции и даже не первичного, не осознаваемого распознавания признаков, а о том, что осознается или что уже присутствует в неосознаваемых автоматизмах, ранее осознаваясь.

Можно хоть сколько тыкать кошке под нос гранатометом, из которого ее можно разнести на кусочки, но она его не будет в упор замечать, хотя его простые признаки четко распознались в ее восприятии, но ее внимание никак не привлекает совокупность признаков - как целостный объект внимания, ничего для нее не значащая и она его не осознает.

Дети проходит период развития через такой уровень восприятия. Можно и перед ребенком с тем же успехом помахать книжкой или показать обнаженную тетеньку, - случится абсолютное игнорирование - как если это проделать перед кошкой. При этом яркость и насыщенность восприятия у ребенка качественно превышает нашу потому, что он все еще оперирует более первичными образами, а мы в более высокоуровневом сознании перешли к намного более абстрактным символам, и чем взрослее, тем погружаемся в более тусклый и символичный мир. Об этом качестве восприятия тоже говорилось в той же статье про сущность сознания, начиная со слов: "В книге врача-физиолога описан.... ".

Это развитие - непосредственное следствие погружения в бездну социально разделяемых абстракций культур ы, а не сложности организации мозга. Разные культур ы туземцев сильно разделяются по этому критерию, и нет ничего удивительного в том, что некоторые из них были еще на уровне первичных образов осознания, когда значим ость огромного на воде была для них близка к нулю.

Без достаточно высокоуровневой связи со значим остью, все сливается, признаки становятся примерно равноценны (хотя и отдельные признаки могут обрести значим ость. и даже выход отдельного нейрон а распознавателя провоцировать неосознаваемую эффектор ную реакцию), и внимание обретает стиль СДВГ .

Корабли издалека могли для туземцев не оказаться высокоуровневым узнаваемым образом, а представлять собой лишь набор несвязанных и не значащих примитивных образов. ничем не затрагивающих их реакции и не вызывающие удивление.

В статье Сущность сознания :

Такой эффект легко можно проверить на детях: ведь они - во многом наивные "индейцы" :) Ребенок просто не обращает внимания на то, что для него не представляет никакой значим ости, не сформировало пока еще символьное представление о предмете с его значим ыми для него свойствами. Для него высокопроизводительный чип, который для вас может означать радостно-долгожданное приобретение, ничем не отличается от любого похожего мусора на вашем столе. Это не значит, что он не различает его контуры, не видит его форму. Он просто не обращает на него никакого внимания, этот чип не замечается им в упор.
Еще более показательны опыты с животными, особенно с кошками. Кошки четко реагируют на наиболее новое-значим ое и не замечают то, что для них не связано с достаточно высокой значим остью. Они не будут обращать внимания на поднесенный к морде незнакомый или бесполезный для них предмет, хотя могут разок обнюхать то, что им поднесли к носу. Человек более любопытен и обращает внимание на больше мелочей, но только если не появилось что-то значительно более новое-значим ое.
И самые опытные взрослые не замечают то, что в данный момент для них не является наиболее привлекательным. На этом построены множество уловок отвлечения внимания: в поле зрения попадает нечто очень важное и интересное и при этом все остальное не замечается, хотя именно там может оказаться то, что повлечет куда большие последствия.
В случае повреждения в мозге уже сформировавшихся распознавателей того или иного предмета, наступает та самая афазия - эффект неузнавания, невидения. В книге врача-физиолога Человек, который принял жену за шляпу , это описывается очень впечатляюще.

Зайдите в магазин товаров, не слишком знакомых (электронных полупроводников, музыкальных инструментов, приборов), а потом попробуйте вспомнить, что "увидели" :)

и т.д.

При этом размеры выпадающего из внимания объекта совершенно не важны. Важно то, была ли ассоциирована значим ость с виденным или нет. Все то, с чем значим ость была ассоциирована, будет иметь смысл , остальное - ускользает от внимания, не замечается, не вспоминается.

Для тех туземцев, чье внимание никто не привлекал к увиденному специально, корабли просто никак не привлекали внимание. Как не привлекают внимание обычно облака на небе, даже если они очень даже прихотливо выглядят (а вдруг это аморфная форма иноразума, посетившего нашу Землю?), а вот я всегда стараюсь увидеть сюжет в них для съемки:) потому, что долго ловил эти моменты. Ну плывут облака и что. Ну плывет что-то в море, много чего в нем проплывало: и свалившиеся деревья и большие волны и те же низкие облака. В общем нет того, что чем-то цепляло. Нет смысл а - нет объекта в восприятии.

Когда неискушенный в музыке человек открывает нотный альбом - видит нотные каракули на всех его листах. А музыкант воспримет это как мелодию. Если не обратить внимание на ноты, то взгляд минет их: ну ноты какие-то, сто раз видел. Ну море какое-то - сто раз видел. А если это - ноты другого народа?.. какие-то просто точечки вразброс... :)

Звери-птицы на необитаемом острове, никогда не видевшие человека, в упор его игнорируют. Особенно информативно экспериментировать с кошками для выявления такого эффекта: они никак не реагируют на то, смысл чего ими не распознан и им не интересно.

Существует поговорка в русском языке, которая звучит как "в упор не видеть". Эта поговорка очень точно передаёт суть явления. Буквально она означает, что человек смотрит, но не видит предмета, который находится прямо перед ним, в поле его зрения. Человек может «в упор не видеть» сахарницу, которая стоит на столе, но передвинута с одного места на другое. И когда муж не замечает, что у жены накрашены ресницы, ей следует обижаться на это не больше, чем сотруднику ГИБДД на факт необъяснимой незамечаемости нового знака на проезжей части. Муж может не узнать свою жену, если она неожиданно сменила цвет волос, а он об этом не знает (или даже знает).

Смотря на что-то, мы прогно зируем смысл виденного на основе уже сложившихся автоматизмов, с которыми связана значим ость, смысл ранее виденного. А замечаем лишь то, то имеет наивысшую новизну-значим ость (чем пользуются мошен ники для отвлечения внимания, и одумавшийся человек не понимает: как это он не заметил, что у него сперли что-то).

На этом же основано большинство фокусов . Человек прямо перед вами протыкает своим указательным пальцем запястье так, что кончик пальца выходит с другой стороны. Как?!.. это невозможно! - убеждены вы, ведь это - очевидно . Но.. фокусник с улыбкой делится незамысловатым секретом, который основывается всего лишь на том, что вы ну никак не ожидали такой вот уловки: она в такой ситуации была совершенно новой для вас. Другое множество фокусов основано на том - на том, что ваше внимание было отвлечено от важного момента.

Получается, что важно корректно определять , что такое новое, задавая для этого определения границы применимости.
Хотя совершенно новое в момент первого восприятия никак не отражается, но при повторных актах оставляет след (в периоде развития первичных распознавателей - всегда его оставляет).
1. Если в этом новом есть элементы (на которое восприятие можно разложить: точки, кружки и т.п.), то на них будет обращаться внимание, связываясь опытом по результатам значим ых действий (если нет значим ых воздействий, то никогда).
2. Если в этом новом нет вообще элементов, которые распознаются первичными распознавателями (например, радиоволны), то понятие о наличие их возникает по их действию, - как результат сопоставлений и обобщения.
Т.о. новое в восприятии - то, что в сравнении с привычным имеет различия в сочетании признаков (даже если они все известны) при достаточной значим ости для распознающего, т.е. при важности учета этого сочетания на практике. В мозге детект оры нового по отношению к старому привозят к осознанному вниманию только при условии, что это новое имеет актуальную значим ость, но сами детект оры нового сделаны так, что они сравнивают с уже осознаваемым и значим ым ранее (в районе гиппокапма - для уже сформированных субъективных образов) и поэтому значим ость уже есть, связанная с привычным образом.
Если значим ости еще нет (связи с тем, что это значит для тебя), то это не новое, а вообще не видимое, вне возможности осознания.

Тема настольно не привычна и не проста для понимания, что, если осталось что-то недопонятое, какой-то протест, то, может быть, стоит прочесть статью заново, конечно, если это достаточно важно и интересно и попытаться исследовать проблему самому творчески, ни в коем случае не веря просто так прочитанному. Но при этом стоит исходить не из легендарных пересказов, а из корректно поставленных опытов над собой, друзьями и, главное - кошками-собаками причине их неискушенности в том, что свободно мы привыкли выделять из окружающего, связывая это с каким-то смысл ом для себя.

Брайан Кокс, Джефф Форшоу

Квантовая вселенная. Как устроено то, что мы не можем увидеть

Научные редакторы Вячеслав Марача и Михаил Павлов

Издано с разрешения Apollo’s Children Ltd and Jeff Forshow и литературного агентства Diane Banks Associates Ltd.

Правовую поддержку издательства обеспечивает юридическая фирма «Вегас-Лекс».

1. Что-то странное грядет

Апр 19, 2017

Квантовая вселенная. Как устроено то, что мы не можем увидеть Брайан Кокс, Джефф Форшоу

(Пока оценок нет)

Название: Квантовая вселенная. Как устроено то, что мы не можем увидеть
Автор: Брайан Кокс, Джефф Форшоу
Год: 2016
Жанр: Зарубежная образовательная литература, Прочая образовательная литература, Физика

О книге «Квантовая вселенная. Как устроено то, что мы не можем увидеть» Брайан Кокс, Джефф Форшоу

Квантовая теория – яркий пример применения сложнейших фундаментальных знаний в повседневной жизни. Понимание того, что мельчайшие частицы могут перемещаться в пространстве и находиться одновременно в нескольких местах, завораживает и пугает.

Профессор теоретической физики Манчестерского университета Джефф Форшоу и английский физик Брайан Кокс представили исследования об устройстве мира и Вселенной, которые позволят познать одну из величайших тайн прошлого, настоящего и будущего. Ученые в простой форме изложили основные принципы теории, историю создания концепции и описания практических экспериментов.

Книга для широкого круга читателей доступна на ЛитРес в электронном и бумажном форматах. Также вы можете прочитать в режиме онлайн ее бесплатные фрагменты.

На нашем сайте о книгах lifeinbooks.net вы можете скачать бесплатно без регистрации или читать онлайн книгу «Квантовая вселенная. Как устроено то, что мы не можем увидеть» Брайан Кокс, Джефф Форшоу в форматах epub, fb2, txt, rtf, pdf для iPad, iPhone, Android и Kindle. Книга подарит вам массу приятных моментов и истинное удовольствие от чтения. Купить полную версию вы можете у нашего партнера. Также, у нас вы найдете последние новости из литературного мира, узнаете биографию любимых авторов. Для начинающих писателей имеется отдельный раздел с полезными советами и рекомендациями, интересными статьями, благодаря которым вы сами сможете попробовать свои силы в литературном мастерстве.

Женская мода и красота

Брайан КоксКвантовая вселенная. Как устроено то, что мы не можем увидеть

* * *

1. Что-то странное грядет

2. В двух местах одновременно

* * *

1. Что-то странное грядет

2. В двух местах одновременно

О книге «Квантовая вселенная. Как устроено то, что мы не можем увидеть» Брайан Кокс, Джефф Форшоу