Моя точка зрения заключается в том, что окончательная теория существует, и мы способны ее открыть. Может быть, эксперименты на ССК дадут настолько важную новую информацию, что теоретики смогут завершить работу над окончательной теорией, не обращаясь к изучению процессов между частицами при планковских энергиях.
Возможно, что уже сегодня мы можем подобрать кандидата на подобную окончательную теорию среди теорий струн.
Как было бы странно, если бы окончательная теория была создана при нашей жизни! Открытие окончательных законов природы означало бы самый резкий скачок в интеллектуальной истории человечества со времен начала развития современной науки в XVII в. Можем ли мы сейчас вообразить, на что все это было бы похоже?
Хотя и нетрудно представить окончательную теорию, которая не имеет объяснений с помощью более глубоких принципов, очень трудно вообразить окончательную теорию, которая не нуждается в таком объяснении. Какой бы ни была окончательная теория, она определенно не будет логически неизбежной . Даже если окажется, что окончательная теория – это теория струн, которую можно выразить в нескольких простых уравнениях, и даже если нам удастся показать, что это единственно возможная квантово-механическая теория, способная математически непротиворечиво описать гравитацию наравне с другими силами, мы все равно не перестанем задавать себе вопросы, почему вообще существует тяготение, и почему природа должна подчиняться правилам квантовой механики. Почему Вселенная не состоит просто из точечных частиц, вечно вращающихся по своим орбитам согласно законам ньютоновской механики? Почему вообще все существует? Редхед, возможно, отражает точку зрения большинства, когда отрицает всякий смысл «в поиске каких-то самодостаточных априорных оснований науки».
С другой стороны, Уилер как-то заметил, что когда мы доберемся до окончательных законов природы, мы будем страшно удивлены, как это мы до них сразу не догадались. Возможно, Уилер и прав, но только потому, что очевидность этих законов станет для нас результатом хорошей тренировки, которая длилась многие века научных разочарований и успехов. Думаю, что старый вопрос: «Почему?», может быть, в несколько смягченной форме, и в этом случае останется с нами. Гарвардский философ Роберт Нозик пытался разрешить эту проблему и пришел к выводу, что вместо попыток вывести окончательную теорию на основе чистой логики нам нужно искать аргументы в пользу привлекательности такой теории, выходящие за рамки голых фактов.
С моей точки зрения, лучшее, на что можно надеяться, – это доказать, что окончательная теория, не будучи логически неизбежной, все же логически изолирована . Иными словами, может оказаться, что хотя мы всегда сможем представить другие теории, полностью отличные от истинной окончательной теории (вроде скучного мира частиц, управляемых законами ньютоновской механики), обнаруженная нами окончательная теория будет настолько жесткой, что любая попытка хоть чуть-чуть ее изменить будет приводить к логическим противоречиям. В логически изолированной теории каждая константа природы может быть вычислена из первых принципов, малое изменение значения любой константы разрушит согласованность теории. Окончательная теория будет напоминать кусок дорогого фарфора, который невозможно согнуть, не разрушив. В этом случае, хотя мы и не будем знать, почему окончательная теория верна, мы будем, основываясь на логике и чистой математике, знать, по крайней мере, почему истина выглядит так, а не иначе.
Это не просто возможность: мы уже довольно далеко прошли по дороге к такой логически изолированной теории. Самыми фундаментальными из известных физических принципов являются законы квантовой механики, лежащие в основе всего, что мы знаем о материи и ее взаимодействиях. Квантовая механика не является логически неизбежной; нет ничего логически невозможного и в ее предшественнице – механике Ньютона. Тем не менее, все попытки физиков хоть чуточку изменить законы квантовой механики, не приходя при этом к логическим несуразностям вроде отрицательных значений вероятностей, полностью провалились.
Но квантовая механика сама по себе еще не есть полная физическая теория. Она ничего не говорит нам о том, какие частицы и силы могут существовать в природе. Откройте любой учебник по квантовой механике. Вы найдете там множество примеров самых разнообразных гипотетических частиц и сил, причем большинство из них не имеют ничего общего с теми, которые реально наблюдаются в природе. Но при этом все эти частицы и силы прекрасно согласуются с принципами квантовой механики, так что их можно использовать для тренировки студентов в применении этих принципов. Разнообразие возможных теорий резко уменьшается, если рассматривать только те квантово-механические теории, которые совместимы с специальной теорией относительности. Большинство таких теорий можно логически исключить, так как они тянут за собой всякие глупости, вроде бесконечных энергий или бесконечных скоростей реакций. Но и после этого остается множество логически возможных теорий, например, теория сильных ядерных взаимодействий – квантовая хромодинамика, в рамках которой во Вселенной нет ничего, кроме кварков и глюонов. Большинство из оставшихся теорий исключаются, если потребовать, чтобы они включали в себя гравитацию. Не исключено, что нам удастся математически доказать, что такие требования оставляют только одну логически возможную квантово-механическую теорию, возможно, какую-то единственную теорию струн. Если такое случится, то хотя и останется еще огромное количество других логически возможных окончательных теорий, лишь одна из них будет описывать что-то отдаленно напоминающее наш собственный мир.
Но почему окончательная теория должна описывать что-то похожее на наш мир? Объяснение, возможно, связано с тем, что Нозик назвал принципом плодовитости . Он утверждает, что все логически возможные вселенные в определенном смысле существуют, причем в каждой – свои наборы фундаментальных законов. Принцип плодовитости сам ничем не объясняется, но в нем есть, по крайней мере, какая-то приятная самосогласованность. Как пишет Нозик, принцип плодовитости утверждает, что «реализуются все возможности, в том числе, и возможность существования самого этого принципа».
Если такой принцип верен, то существует наш собственный квантово-механический мир, но существует и ньютоновский мир частиц, вечно вращающихся друг относительно друга, существуют бесчисленные миры, в которых нет ничего, и существуют столь же бесчисленные миры, свойства которых мы даже не можем себе представить. Разница между этими мирами не просто в разнице так называемых констант природы, меняющихся от одной части Вселенной к другой, от одной эпохе к другой или от одного слагаемого в волновой функции к другому. Как мы видели, все подобные возможности могут быть реализованы как следствия некоторой действительно фундаментальной теории, вроде квантовой космологии. Но при этом мы все равно должны будем понять, почему фундаментальная теория такая, а не другая. Вместо этого принцип плодовитости предполагает, что существуют совершенно разные вселенные, подчиняющиеся совершенно разным законам. Но если все эти вселенные недостижимы и непознаваемы, утверждение об их существовании, похоже, не имеет никакого смысла, кроме возможности избежать вопроса, почему они не существуют. Похоже, проблема в том, что мы пытаемся рассуждать логически по поводу вопроса, не поддающегося логическому анализу: что должно или не должно вызывать в нас ощущение чуда.
Принцип плодовитости дает еще один способ подтвердить полезность антропного принципа для объяснения, почему окончательные законы нашей Вселенной таковы, каковы они есть. Может существовать множество допустимых вселенных, законы природы в которых или история эволюции неблагоприятны для возникновения разумной жизни, однако любой ученый, спрашивающий о том, почему мир устроен так, а не иначе, обязательно должен жить в одной из других вселенных, где разумная жизнь могла возникнуть. С этой точки зрения, можно сразу отвергнуть вселенную, управляемую ньютоновской физикой (помимо всего прочего, в ней не было бы стабильных атомов), или вселенную, в которой нет ничего.
Есть и экстремальная возможность, что существует только одна логически изолированная теория, не содержащая неопределенных констант и совместимая с существованием разумных существ, способных размышлять над окончательной теорией. Если это удастся показать, то мы окажемся так близко, насколько это возможно, к удовлетворительному объяснению того, почему мир таков, каков он есть.
Каковы будут последствия открытия подобной окончательной теории? Конечно, полный ответ можно будет дать только после того, когда мы эту теорию узнаем. Может быть, то, что мы узнаем об устройстве мира, будет для нас столь же удивительным, как законы ньютоновской механики были бы удивительны для Фалеса. Но можно быть твердо уверенным в одном: открытие окончательной теории не станет концом научных исследований. Даже если не касаться проблем, которые необходимо будет исследовать в связи с техникой или медициной, останется множество проблем чистой науки, над которыми ученые будут биться, так как у этих задач должны быть красивые решения. Уже сейчас в физике есть явления вроде турбулентности или высокотемпературной сверхпроводимости, ожидающие глубокого и красивого объяснения. Никто не знает толком, как образовались галактики, как был запущен генетический механизм, или как знания хранятся в мозгу человека. Ни на одну из этих проблем открытие окончательной теории не окажет никакого влияния.
С другой стороны, открытие окончательной теории может иметь последствия, выходящие далеко за рамки науки. Умы многих людей заражены сегодня различными иррациональными предубеждениями, от сравнительно безобидной астрологии до сатанинских идеологий крайне опасного толка. То, что до сих пор мы не знаем окончательных законов природы, позволяет всем этим людям надеяться, что когда-нибудь их любимые предрассудки найдут подобающее место в структуре науки. Было бы глупо надеяться, что любое открытие в науке может само по себе излечить человечество от всех его предрассудков, но все же открытие окончательной теории, по крайней мере, оставило бы меньше места для иррациональных верований.
Открытие окончательной теории может принести разочарование, так как природа станет более обычной, в ней останется меньше чудес и тайн. Нечто подобное уже случалось и ранее. На протяжении почти всей человеческой истории карты Земли указывали неизведанные пространства, так что воображение людей могло заполнять их драконами, золотыми городами и антропофагами. Поиск знаний во многом был уделом географических открытий. Когда тенниссоновский Улисс решил «последовать за знанием как звезда на небе, и погрузиться в самые глубины человеческих мыслей», он отправился через неизведанную Атлантику «в сторону заката, к месту купания всех западных звезд». Но в наши дни каждый гектар поверхности Земли нанесен на карты, и все драконы куда-то улетели. С открытием окончательных законов испарятся наши мечты. Останется бесконечное количество научных задач, перед учеными раскроется для исследования вся Вселенная, но подозреваю, что ученые будущего будут немного завидовать физикам наших дней, так как мы все еще идем по дороге, ведущей к открытию окончательных законов.
Глава XI. А как насчет Бога?
– Ты знаешь, – сказал Порт, и голос его звучал как-то странно, как это бывает после долгого молчания в мертвой тишине, – здесь небо очень странное. Когда я гляжу на него, мне часто кажется, что там, наверху, – стена, защищающая нас от того, что за ней.
Кейт слегка вздрогнула и переспросила:
– От того, что за ней?
– Да.
– Но что там, за ней? – Ее голос был еле слышен.
– Я думаю, ничего. Просто тьма. Полная ночь.
Поль Боулс. Охраняющие небеса

«Небеса проповедуют славу Божию, и о делах рук Его вещает твердь». Царю Давиду или тому, кто писал этот псалом, звезды должны были казаться зримым свидетельством более высокого существования, совершенно непохожего на наш скучный подлунный мир из скал, камней и деревьев. Со времен Давида утекло много воды. Солнце и другие звезды давно уже потеряли особый статус. Мы понимаем теперь, что это шарообразные тела из раскаленного газа, сжимаемые силами тяготения, которым противодействуют силы теплового давления, возникающие за счет термоядерных реакций в сердцевине звезд. О славе Божией эти звезды говорят нам не больше и не меньше, чем камни, валяющиеся вокруг нас.
Если и есть что-то в природе, что мы могли бы открыть, и что пролило бы свет на дело рук Божьих, так это окончательные законы природы. Зная эти законы, мы имели бы в своем распоряжении книгу правил, управляющих звездами, камнями и всем чем угодно. Физик Стивен Хокинг называет законы природы Божественным разумом, и это вполне оправданно. Другой физик, Чарльз Мизнер, использует такой же образ, сравнивая перспективы развития физики и химии: «Химик-органик на вопрос: “Почему существуют девяносто два элемента и когда они были созданы?” может ответить: “Это знают в соседнем кабинете”. Но физик, если его спросят: “Почему Вселенная устроена так, что в ней действуют именно эти, а не другие физические законы?”, вполне может ответить: “А бог его знает”».
Эйнштейн как-то сказал своему ассистенту Эрнсту Шварцу: «Что меня действительно интересует, так это вопрос, имел ли Бог выбор, создавая наш мир?» По другому поводу он сформулировал цель занятий физикой в том, чтобы «не только знать, какова природа и как ведутся ее дела, но приблизиться, насколько это возможно, к утопической и кажущейся самонадеянной цели – узнать, почему природа такая, а не другая… Узнать, что, так сказать, сам Господь не мог бы устроить все иным, отличным от уже существующего теперь, образом… В научном исследовании имеется прометеевский элемент… В этом для меня всегда была особая магия научного исследования». Религия Эйнштейна была столь неопределенной, что, мне кажется, он выражался метафорически, это чувствуется по словам «так сказать». Несомненно, что подобная метафора вполне естественна для физиков, поскольку физика – наука фундаментальная. Теолог Поль Тиллих заметил как-то, что среди всех ученых только физики способны употреблять слово «бог» без смущения. Верит физик во что-нибудь или является атеистом, он неизбежно прибегает к этой метафоре, когда говорит об окончательных законах, как о проявлении Божественного разума…
Я однажды столкнулся с этим в неожиданном месте, в офисе палаты представителей в Вашингтоне. В 1987 г. я давал показания в защиту проекта Сверхпроводящего суперколлайдера (ССК) перед комитетом палаты по науке, космосу и технологиям. Я описал, как в процессе изучения элементарных частиц мы открываем законы, которые становятся все более согласованными и универсальными, и как мы начинаем подозревать, что это не случайность, что существует красота этих законов, отражающая что-то, что встроено в структуру Вселенной на самом глубоком уровне. После того, как я сделал эти замечания, последовали замечания других свидетелей и вопросы со стороны членов палаты. Они вылились в диалог между двумя членами комитета, конгрессменом Гаррисом Фавеллом, республиканцем из Иллинойса, который в целом положительно относился к проекту ССК, и конгрессменом Доном Риттером, республиканцем из Пенсильвании, бывшим инженером-металлургом, который был одним из самых яростных противников проекта в конгрессе.
М-р Фавелл : …Благодарю вас. Я удовлетворен всеми вашими показаниями. Считаю, что они были замечательными. Если когда-нибудь мне понадобится кому-то объяснить, почему нужен ССК, я обращусь за помощью к вашим свидетельствам. Они будут очень полезны. Иногда мне хочется, чтобы все было выражено в одном слове, хотя это почти невозможно. Мне кажется, др. Вайнберг, что вы близко подошли к этому, и хотя я не уверен, но записал вашу мысль. Вы сказали, что подозреваете, что не случайно существуют законы, управляющие материей, и я пометил у себя, что не поможет ли это найти Бога? Я уверен, что вы не говорили этого, но действительно ли это поможет нам узнать столь многое о Вселенной?
М-р Риттер : Настаивает ли уважаемый коллега на сказанном? Если мне позволят на минуту прервать джентльмена, я хотел бы сказать…
М-р Фавелл : Я не уверен, что хочу настаивать.
М-р Риттер : Если эта машина может сделать такое, я собираюсь изменить свою точку зрения и поддержать проект.
У меня хватило здравого смысла не влезать в спор, так как я не думаю, что конгрессмены хотели знать мое мнение о поиске Бога на ССК, а также потому, что я не был уверен, что изложение моих мыслей обо всем этом будет полезным для проекта.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34