Вселенная Стивена Хокинга - читать онлайн книгу. Автор: Стивен Хокинг cтр.№ 47

Ученые продолжают поиски этой теории, но пока без особого успеха. Правда, я считаю, что единой формулировки фундаментальной теории, может быть, вообще не существует; но оснований для такого утверждения у меня не более, чем у Гёделя, показавшего, что невозможно построить арифметику на базе одного набора аксиом. Возможно, здесь действует тот же принцип, что и в картографии: нельзя изобразить поверхность земного шара или поверхность бублика на одной плоской карте – для Земли понадобятся как минимум две, а для бублика – четыре карты, чтобы отобразить все точки. Каждая карта годится только для ограниченной области, но все они где-то перекрывают друг друга. Набор карт гарантирует полное описание поверхности. Быть может, так же нужно действовать и физикам – в разных ситуациях использовать разные формулировки, но при этом две разные формулировки должны находиться в согласии в той области, где обе они применимы. Полный набор разных формулировок может рассматриваться как полная единая теория, хотя она и не может быть выражена при помощи единого набора постулатов.

Но может ли и вправду существовать такая единая теория? Может, мы просто гонимся за миражом? По-видимому, есть три возможности.

1. Полная единая теория (или набор перекрывающих друг друга формулировок) действительно существует, и в один прекрасный день мы построим ее, если достаточно умны.

2. Безусловной единой теории Вселенной не существует, есть лишь бесконечная последовательность теорий, которые описывают Вселенную с возрастающей точностью.

3. Теории Вселенной вообще не существует: невозможно предсказать события точнее некоторого уровня, они случайны и произвольны.

Некоторые станут отстаивать третью точку зрения на тех основаниях, что наличие полного набора законов природы было бы посягательством на право Бога передумать и вмешаться в мировой ход событий. Это напоминает о старом парадоксе: может ли Бог создать камень, который сам не в силах поднять? Идея о том, что Бог может передумать, – пример ошибки в рассуждениях, на которую указывал еще блаженный Августин: нелогично представлять, что Бог существует во времени, ведь время – это всего лишь свойство созданной Богом Вселенной. Бог, вероятно, знал, что затевает, когда творил ее!

Появление квантовой механики помогло осознать, что события невозможно предсказать с абсолютной точностью, что всегда есть некоторая доля неопределенности. Если хотите, можете отнести эту случайность на счет божественного вмешательства, правда, очень странного: нет никаких оснований подозревать, что у него была хоть какая-то цель. Действительно, если бы такое вмешательство имело место, оно по определению не могло бы быть случайным. В наше время мы полностью исключили третью возможность, пересмотрев цели науки. И главная цель состоит в том, чтобы сформулировать законы, которые позволят предсказывать события с точностью, допускаемой принципом неопределенности.

Вторая возможность – бесконечная последовательность все более совершенных теорий – пребывает в согласии с имеющимся на данный момент опытом. Во многих случаях повышение чувствительности измерений или выполнение наблюдений нового типа приводило к открытию новых явлений, которые не могли быть предсказаны в рамках существующей теории, и для учета этих явлений приходилось создавать новую, более точную теорию. Поэтому неудивительно, если современные теории великого объединения окажутся ошибочными: они постулируют, что между энергией объединения электрослабого взаимодействия, составляющей около 100 ГэВ, и энергией великого объединения, равной примерно миллиону миллиардов [одному квадриллиону] ГэВ, ничего существенного не происходит. Вполне можно ожидать открытия нескольких новых структурных уровней, более фундаментальных, чем кварки и электроны, которые мы сейчас принимаем за «элементарные» частицы.

Но похоже, что гравитация устанавливает предел этой череде «матрешек». Если бы существовала частица с энергией больше так называемой планковской энергии – 10 миллионов миллионов миллионов (единица с девятнадцатью нулями) ГэВ, то ее масса оказалась бы настолько концентрированной, что частица эта отрезала бы себя от остальной Вселенной, образовав микроскопическую черную дыру. Так что, по-видимому, у последовательности все более совершенных теорий должен быть предел, и мы подойдем к нему, исследуя взаимодействия на все более высоких энергиях. А следовательно, некоторая окончательная теория Вселенной должна существовать. Конечно, энергии около сотни ГэВ (тот максимум, который мы можем обеспечить в современных лабораторных экспериментах) далеко отстоят от планковской энергии. Ускорители частиц не позволят преодолеть эту пропасть в обозримом будущем! Между тем события с такими энергиями разворачивались на самых ранних этапах эволюции Вселенной. Думаю, есть все основания надеяться, что исследования ранней Вселенной в совокупности с требованиями математической непротиворечивости позволят создать полную единую теорию еще при жизни некоторых из наших современников. Конечно, если мы не уничтожим себя до того!

Что может означать создание окончательной теории Вселенной? Как мы уже выяснили в первой главе, мы никогда не сможем окончательно убедиться в правильности наших построений, поскольку нельзя получить доказательств. Но если теория непротиворечива с точки зрения математики и все ее предсказания согласуются с наблюдениями, то можно считать ее правильной с некоторой уверенностью. Это ознаменует конец долгой и славной эпохи в истории человечества, отмеченной отчаянными попытками умом объять Вселенную. Создание такой теории также коренным образом изменит представления обычных людей о законах, которые управляют космосом. Во времена Ньютона образованный человек мог получить представление обо всем объеме человеческих знаний, во всяком случае, в общих чертах. Но с тех пор прогресс науки ускорился настолько, что это стало невозможным. Теории постоянно корректируют, чтобы «совместить» их с результатами наблюдений, и поэтому ученые не успевают переосмыслить и упростить новые соображения, чтобы они стали понятными для обычных людей. Нужно быть специалистом, но даже и он может в полной мере осознать лишь небольшую часть научных теорий. К тому же наука развивается столь стремительно, что полученные в школе и университете знания довольно быстро устаревают. Немногие способны поспевать за удаляющимся передним краем познания, а потому большинству ученых приходится посвящать все свое время исследованиям в небольшой научной области. Все прочие имеют очень невнятное представление об их достижениях и том трепете, который они вызывают. С другой стороны, если верить Эддингтону, 70 лет назад лишь два человека понимали общую теорию относительности. Теперь она доступна десяткам тысяч выпускников университетов, и миллионы людей могут сказать, что по крайней мере знакомы с ней. Если полная единая теория будет построена, то ее упрощенное, популярное изложение, которое включат – хотя бы в общих чертах – в школьную программу – это всего лишь вопрос времени. И тогда мы все сможем судить о законах, управляющих Вселенной и ответственных за само наше существование.

Но даже если полная единая теория будет создана, это не значит, что мы в целом сможем предсказывать события. Причин на то две. Во-первых, это ограничения, которые накладывает квантово-механический принцип неопределенности на нашу способность предсказывать. Обойти его невозможно. Но на практике первое ограничение даже не такое сильное, как второе: мы, скорее всего, не сможем получить точные результаты для уравнений единой теории, за исключением самых простых случаев. (Мы не в состоянии даже выполнить точный расчет движения трех тел в ньютоновской теории тяготения, и сложность задачи растет с увеличением числа задействованных тел и сложности теории.) Мы уже знаем законы, которые управляют поведением вещества во всех условиях, кроме экстремальных. В частности, мы знаем фундаментальные законы, лежащие в основе химии и биологии. И при этом мы пока не можем считать все проблемы в этих областях науки решенными: у нас не очень-то получается предсказывать человеческое поведение на основании математических уравнений! А потому, даже если мы и выведем все фундаментальные законы, потребуется много лет, чтобы справиться с труднейшей интеллектуальной задачей – разработать более совершенные методы аппроксимации, которые позволят делать эффективные предсказания вероятных исходов в сложных реальных ситуациях. Полная непротиворечивая единая теория – это всего лишь первый шаг. Наша цель – полное понимание мира вокруг нас и нашего собственного существования.