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 квантовомеханический 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.
Глава двенадцатая. Заключение
Мы живем в ошеломляющем мире. Мы хотим понять смысл того, что видим вокруг себя, и спросить: какова природа Вселенной? каково наше место в ней? откуда она и мы появились? почему все именно таково, каково есть?
В попытке ответить на эти вопросы мы принимаем некую картину мироздания. Это может быть бесконечная башня из черепах, на которой покоится плоская Земля, а может быть и теория суперструн. Все это теории Вселенной, правда, вторая описана при помощи математических уравнений, она более точная, чем первая. Ни одну из них однако не подкрепляют данные наблюдений: никто никогда не видел гигантской черепахи, несущей на спине Землю, равно как никто не видел и суперструн. И все же «черепаховую» версию нельзя считать хорошей научной теорией, потому что она предрекает, что кто-то таки может упасть с края света. Это не подтверждается нашим опытом, если, конечно, мы не собираемся таким образом объяснить исчезновения людей в Бермудском треугольнике!
Самые ранние попытки теоретически описать и осознать Вселенную основывались на том представлении, что событиями и явлениями природы управляют духи, наделенные человеческой способностью чувствовать и поступающие совсем как люди – непредсказуемо. Эти духи населяли природу – реки, горы и небесные тела, включая Солнце и Луну. Их полагалось ублажать, и люди стремились добиться их расположения, чтобы были плодородными почвы, времена года сменяли друг друга. Но постепенно люди стали подмечать некоторые закономерности: Солнце всегда встает на востоке и заходит на западе независимо от того, принесли жертвы богу Солнца или нет. Оказалось также, что Солнце, Луна и планеты движутся по заданным «колеям» на небе и что их путь можно предсказать заранее, причем весьма точно. Солнце и Луна все еще могли оставаться божествами, но теперь они подчинялись строгим законам и, по-видимому, без каких бы то ни было исключений, если не принимать во внимание полумифических историй, вроде той об Иисусе Навине, который остановил Солнце.
Сначала эти закономерности и законы подметили астрономы, очевидны они были и в небольшом числе других ситуаций. Но с развитием цивилизации, а в особенности на протяжении последних трех столетий, количество выявленных закономерностей постоянно увеличивалось. На волне успехов, достигнутых с помощью этих законов, Пьер-Симон Лаплас в начале XIX века выдвинул постулат научного детерминизма – предположил существование набора законов, которые позволяют абсолютно точно описать эволюцию Вселенной при условии, что известна ее конфигурация в какой-либо момент времени.
Детерминизм Лапласа был неполным в двух отношениях: он не объяснял, как следует выбирать законы природы, и не задавал начальную конфигурацию Вселенной. Два этих аспекта оставались прерогативой Бога. Творец решил, как должна начаться Вселенная, и определил законы, которым она должна подчиняться. При этом Он не вмешивался в дальнейший ход событий. В сущности, участие Бога ограничивалось сферами, которые находились вне пределов понимания науки XIX века.
Теперь мы знаем, что надеждам Лапласа построить детерминистскую картину мира – во всяком случае, в том виде, в каком он ее замыслил, – не суждено было сбыться. Принцип неопределенности квантовой механики постулирует, что некоторые пары величин, как, например, положение частицы и ее скорость, невозможно предсказать с абсолютной точностью. В квантовой механике эта ситуация разрешается посредством класса квантовых теорий, согласно которым частицы представляют собой волны, то есть не имеют четких положения и скорости. Эти квантовые теории детерминистичны в том смысле, что устанавливают законы эволюции волн со временем. Так, если нам известно состояние волны в некий момент времени, мы можем вычислить ее состояние в любой другой момент. Элемент непредсказуемости и случайности появляется только при интерпретации волны в терминах положений и скоростей частиц. Но, возможно, это как раз наша ошибка и никаких положений и скоростей частиц не существует, а есть только волны. И проблема просто-напросто в том, что мы пытаемся «втиснуть» их в наши устоявшиеся представления, отталкивающиеся от положений и скоростей. То есть возникающая непредсказуемость есть результат несоответствия наших представлений о реальности.
Мы, в сущности, пересмотрели назначение науки – ей предписывается открывать законы, которые позволят предсказывать события с точностью, допускаемой принципом неопределенности. Однако остается открытым вопрос: как и почему были выбраны именно эти законы и именно это начальное состояние Вселенной?