Мечты об окончательной теории: Физика в поисках самых фундаментальных законов природы - Стивен Вайнберг

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 см2просто потому, что она, как и Земля, находится на расстоянии 150 миллионов километров от Солнца, излучающего за минуту 5,6 · 1015калорий 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.

Конечно, большинство людей узнает что-то о существовании Бога не из научных открытий. Джон Полкингхорн красноречиво доказывал, что теология «может найти свое место в той же части человеческого опыта, что и наука»[226], и что она основана на религиозном опыте вроде откровения примерно так же, как наука основана на эксперименте и наблюдении. Те люди, которые думают, что обладают собственным религиозным опытом, должны сами для себя оценить качество этого опыта. Но большинство последователей мировых религий опираются не на собственный религиозный опыт, а на откровения, предположительно пережитые другими. Может показаться, что это не слишком отличается от позиции физика-теоретика, опирающегося в работе на эксперименты, проделанные другими. Но есть очень важное отличие. Взгляды тысяч отдельных физиков складываются в удовлетворительное (хотя и неполное) общепринятое понимание физической реальности. Напротив, утверждения о Боге или о чем-то подобном, выводимые из религиозного откровения, совершенно не согласуются друг с другом. После тысяч лет теологического анализа мы не приблизились ни на шаг к единому пониманию уроков религиозного откровения.

Есть и еще одно отличие религиозного откровения от научного эксперимента. Уроки религиозного опыта могут приносить глубокое удовлетворение, по контрасту с абстрактным и внеличным взглядом на мир, получаемым от научного исследования. В противоположность науке, религиозный опыт может придать смысл нашим жизням, сделать нас участниками великой космической драмы греха и искупления и предложить нам обещание существования после смерти. Именно по этим причинам я вижу в уроках религиозного опыта несмываемую печать стремления принять желаемое за действительное.

В моей книге «Первые три минуты», изданной в 1977 г., я был настолько неосторожен, что бросил фразу: «Чем более постижимой представляется Вселенная, тем более она кажется бессмысленной». Я имел в виду не то, что наука учит нас, будто Вселенная бессмысленна, а то, что сама Вселенная не указывает нам на смысл своего существования. Я поспешил добавить, что мы сами можем придать смысл своей жизни, в том числе, сделав попытку понять Вселенную. Но слово было сказано, и эта фраза с тех пор меня преследует[227]. Недавно Алан Лайтман и Роберта Бравер опубликовали интервью с двадцатью семью космологами и физиками[228], почти каждому из которых в конце задавался вопрос, что они думают об этом замечании. С небольшими отклонениями десять из интервьюируемых согласились со мной, а тринадцать – нет. Однако из этих тринадцати трое выразили несогласие, так как вообще не поняли, почему кто-то должен ожидать, что во Вселенной должен быть смысл. Гарвардский астроном Маргарет Геллер задает вопрос: «Почему у нее должен быть смысл? Какой смысл? Я всегда удивлялась этому высказыванию». Астрофизик из Принстона Джим Пиблс замечает: «Меня заставляют поверить, что мы все – плавающие обломки какого-то кораблекрушения». (Пиблс также высказал гипотезу, что в тот день, когда я это писал, у меня было плохое настроение.) Еще один Принстонский астрофизик, Эдвин Тернер, согласился со мной, но предположил, что я сделал это замечание, чтобы подразнить читателя. Больше всего мне нравится ответ моего коллеги по Техасскому университету астронома Жерара де Вокулера. Он сказал, что мое замечание кажется ему «ностальгическим». Конечно, он прав – это ностальгия по миру, в котором небеса возглашают славу Божию.