Стивен Вайнберг - Мечты об окончательной теории

• Название: Мечты об окончательной теории
• Автор: Стивен Вайнберг
• Издательство: Едиториал УРСС
• Жанр: Математика
• Год: 2004
• ISBN: 5-354-00526-4

В своей книге «Мечты об окончательной теории» Стивен Вайнберг – Нобелевский лауреат по физике – описывает поиск единой фундаментальной теории природы, которая для объяснения всего разнообразия явлений микро– и макромира не нуждалась бы в дополнительных принципах, не следующих из нее самой. Электромагнитные силы и радиоактивный распад, удержание кварков внутри нуклонов и разлет галактик – все это, как стремятся показать физики и математики, лишь разные проявления единого фундаментального закона.

Вайнберг дает ответ на интригующие вопросы: Почему каждая попытка объяснить законы природы указывает на необходимость нового, более глубокого анализа? Почему самые лучшие теории не только логичны, но и красивы? Как повлияет окончательная теория на наше философское мировоззрение?

Ясно и доступно Вайнберг излагает путь, который привел физиков от теории относительности и квантовой механики к теории суперструн и осознанию того, что наша Вселенная, быть может, сосуществует рядом с другими вселенными.

Книга написана удивительно живым и образным языком, насыщена афоризмами и остроумными эпизодами. Она распахивает читателю двери в новый мир и помогает понять то, с чем он там встретится.

---

Однако точка зрения Гулда широко распространена в наши дни среди ученых и религиозных либералов. Это кажется мне серьезным отступлением религии от ранее занимаемых позиций. Когда-то природа казалась необъяснимой без нимфы в каждом ручье и дриады на каждом дереве. Даже в конце XIX в. развитие растений и животных рассматривалось как явное доказательство существования Творца. В природе есть еще бесчисленное количество вещей, которые мы не можем объяснить, но мы полагаем, что знаем те принципы, на которых они построены. Тот, кто хочет настоящей тайны, должен обратиться к космологии и физике элементарных частиц. Для тех, кто не видит никакого конфликта между религией и наукой, религия практически полностью отступила с территории, занятой наукой.

Судя по этому историческому опыту, я предполагаю, что, хотя мы и будем восторгаться красотой окончательных законов природы, мы не обнаружим, что жизнь или разум имеют особый статус. Более того, мы не откроем никаких стандартов моральных ценностей. Таким образом, мы не найдем никаких указаний на существование какого-то Бога, заботящегося об этих вещах. Моральные принципы можно обнаружить где угодно, но только не в законах природы.

Должен признать, что иногда природа кажется более красивой, чем это строго необходимо. За окном моего домашнего кабинета растет каркасное дерево, на которое часто прилетают стайки птиц: голубые сойки, виреи с желтыми горлышками и самые редкие, но и самые красивые красные кардиналы. Хотя я достаточно хорошо понимаю, каким образом в результате соревнования самцов постепенно развилась эта яркая окраска перьев, все же возникает почти непреодолимое желание вообразить, что вся эта красота была когда-то создана нам на радость. Однако бог птиц и деревьев должен быть также и богом врожденных уродств и рака.

Верующие люди в течение столетий пытаются разрешить проблему теодицеи, т.е. проблему существования страданий в мире, который, по предположению, управляется Богом, несущим только благо. Были найдены хитроумные решения этой проблемы, основанные на различных предполагаемых Божественных планах. Я не собираюсь даже пытаться возражать против этих решений, тем более предлагать свое собственное. Воспоминания о Холокосте отталкивают меня от попыток оправдать отношение Бога к Человеку. Если существует Бог, имеющий по отношению к человеку особые планы, то Он очень сильно постарался запрятать свою заботу о нас как можно дальше. Мне кажется невежливым, если не сказать неучтивым, возносить такому Богу свои молитвы.

Далеко не все ученые согласятся с моим мрачным взглядом на окончательные законы. Я не знаю никого, кто бы прямо заявлял, что есть научные свидетельства существования Бога, но ряд ученых настаивает на особом статусе разумной жизни в природе. Конечно, всем понятно, что на практике биология и психология должны изучаться по-особому, используя свой язык, отличный от языка физики элементарных частиц, но это не признак какого-то особого статуса жизни или разума; это же верно для химии или гидродинамики. Если, с другой стороны, мы обнаружим в окончательных законах, в точке соединения всех стрелок объяснений особую роль разумной жизни, мы с полным основанием сможем заключить, что Создатель, установивший эти законы, был как-то особенно заинтересован в нашем существовании.

Джон Уилер поражен тем фактом, что, согласно стандартной копенгагенской интерпретации квантовой механики, невозможно точно сказать, что физическая система обладает определенными значениями таких величин, как координата, энергия или импульс, пока эти величины не измерены прибором какого-то наблюдателя. С точки зрения Уилера, чтобы придать смысл квантовой механике, необходим какой-то тип разумной жизни. Недавно Уилер пошел еще дальше и высказал гипотезу, что разумная жизнь не только обязана была появиться, но должна продолжать распространяться на всю Вселенную, чтобы рано или поздно каждый бит информации о физическом состоянии Вселенной стал бы доступен наблюдению. Выводы Уилера представляются мне хорошим примером тех опасностей, которые связаны со слишком серьезным отношением к доктрине позитивизма, утверждающей, что наука должна иметь дело только с теми вещами, которые можно наблюдать. Другие физики, и я в том числе, предпочитают иную, реалистическую точку зрения на квантовую механику, основанную на понятии волновой функции, описывающей не только атомы и молекулы, но и лаборатории, и наблюдателей в них, причем законы, которыми управляется эта функция, не зависят от существования наблюдателей.

Некоторые ученые придают особый смысл тому факту, что значения ряда фундаментальных констант кажутся специально подобранными для того, чтобы во Вселенной могла возникнуть разумная жизнь. До конца не ясно, есть ли что-то содержательное в этих наблюдениях, но даже если это так, отсюда нельзя сделать вывод о действии Божественной силы. В ряде современных космологических теорий так называемые константы природы (например, массы элементарных частиц) на самом деле меняются от места к месту или от одного момента времени к другому, более того, от одного слагаемого в волновой функции Вселенной к другому. Если это было бы так, то, как мы видели, все ученые, изучающие законы природы, должны были бы жить в той части Вселенной, где константы природы имеют значения, приемлемые для эволюции разумной жизни.

Приведем аналогию. Пусть существует планета Земля-штрих, во всех отношениях совпадающая с нашей Землей, кроме одного: человечество на этой планете развило физику, ничего не зная об астрономии. (Можно представить, например, что поверхность Земли-штрих всегда затянута облаками.) Студенты Земли-штрих, как и студенты Земли, имеют на обложках своих учебников таблицы физических констант. В них перечислены скорость света, масса электрона и т.д., а также еще одна «фундаментальная» константа, равная 1,99 калории в минуту на один квадратный сантиметр, выражающая количество энергии, достигающей поверхности Земли-штрих от некоторого неизвестного источника. На Земле эта константа называется солнечной постоянной, так как мы знаем, что эта энергия приходит от Солнца, но на Земле-штрих никто не может сказать, откуда берется эта энергия, и почему она имеет такое численное значение. Некоторые физики на Земле-штрих могут заметить, что наблюдаемое значение этой константы удивительным образом приспособлено к возникновению жизни. Если бы Земля-штрих получала много больше или много меньше энергии, чем 2 калории в минуту на один квадратный сантиметр, то вода в океанах была бы либо льдом, либо паром, так что на Земле-штрих не было бы воды или другой подходящей среды, в которой могла бы развиться жизнь. Физик мог бы прийти к выводу, что эта константа – 1,99 калории в минуту на 1 см2 – специально подобрана Богом для блага человечества. Более скептически настроенные физики на Земле-штрих доказывали бы, что все константы когда-нибудь найдут свое объяснение в окончательных законах физики, и что их приемлемость для существования жизни – просто случайность. На самом деле, и те, и другие были бы не правы. Когда обитатели Земли-штрих обрели бы наконец знание астрономии, они поняли бы, что их планета получает 1,99 калории в минуту на 1 см2 просто потому, что она, как и Земля, находится на расстоянии 150 миллионов километров от Солнца, излучающего за минуту 5,6 · 1015 калорий тепловой энергии. Они поняли бы также, что есть и другие планеты, находящиеся ближе к Солнцу, на которых слишком жарко для существования жизни, и есть еще больше далеких планет, на которых слишком холодно, чтобы там могла существовать жизнь. Несомненно, существует еще бесчисленное количество планет, вращающихся вокруг других звезд, и только малая часть из них приспособлена для жизни. Узнав достаточно об астрономии физики-скептики на Земле-штрих поняли бы наконец, что они живут в мире, получающем примерно 2 калории в минуту на 1 см2, просто потому, что ни в одном другом мире они не могли бы жить. Мы в нашей части Вселенной напоминаем жителей Земли-штрих до того, как они открыли астрономию, только вместо других планет от нас скрыты другие части Вселенной.

Далее. Чем больше фундаментальных физических принципов мы открываем, тем меньшее отношение они к нам имеют. Например, в начале 1920-х гг. считалось, что единственными элементарными частицами являются электрон и протон, из которых состоим мы сами и весь мир. Когда были обнаружены новые частицы, скажем, нейтрон, то сначала думали, что они составлены из электронов и протонов. Сегодня все сильно изменилось. Мы совсем не уверены в том, что понимаем, что значит элементарность частицы, но уже выучили важный урок, что вхождение частиц в состав обычного вещества не имеет никакого отношения к тому, насколько они фундаментальны. Почти все частицы, чьи поля содержатся в уравнениях современной стандартной модели частиц и взаимодействий, так быстро распадаются, что они не могут находится в составе обычного вещества и оказывать какое бы то ни было влияние на человеческую жизнь. Электроны являются существенной частью окружающего нас мира, а частицы, называемые мюонами и тау-лептонами, едва ли имеют отношение к нашим жизням, но в том виде, как это выглядит в наших теориях, электроны ни в коей мере не кажутся более фундаментальными, чем мюоны или тау-лептоны. Можно высказать более общее утверждение: никто еще не обнаружил никакой корреляции между чем бы то ни было, что важно для нас, и тем, что важно для фундаментальных физических законов.