Александр Волков - 100 великих загадок астрономии
Мир законов природы
Мы видим, что мир живет по определенным правилам, именуемым «законами природы». Ученые открывают эти законы и формулируют их. Прогресс в науке тесно связан с подобными открытиями. Они помогают обобщать факты, объяснять происходящее, прогнозировать будущее. Многим кажется естественным, что в хаосе явлений, окружающем нас, угадывается стройный порядок, который ощутим на всех уровнях от Микрокосма до Макрокосма. Все мироздание живет по законам, скрепляющим его, как тело – скелет.
Но откуда взялись эти законы? Вечны ли они или со временем меняются? Слепо ли подчиняется им природа или может их нарушить?
На протяжении веков люди отвечали на эти вопросы, не задумываясь. Законы природы придумал Бог. Они действуют вечно. Стало быть, они возникли в момент сотворения мира, – говоря научным языком, во время Большого взрыва. И, очевидно, уже тогда они были «идеальными».
Но верится в такое с трудом. Можно ли предусмотреть все заранее? Для чего в момент зарождения Вселенной нам нужен закон, который «следил» бы за тем, чтобы некоторые металлы при температуре, близкой к нулю по шкале Кельвина, теряли свое электрическое сопротивление? О каких сверхнизких температурах шла речь в тот миг?
А если ответить по-другому? Может быть, законы природы «не сотворены» никем? Что если они исподволь формировались на протяжении многих миллионов лет? Мы знаем, что природа претерпевает эволюцию. Живые организмы приспосабливаются к окружающему их миру и соответственно меняются. Возможно, подобная эволюция происходит и в космосе. Элементарные частицы (протоны, электроны, нейтроны и иже с ними) каким-то образом «приноравливаются» друг к другу. Возникают определенные «правила общежития» этих частиц.
Может быть законы природы возникли в момент Сотворения мира, – говоря научным языком, во время Большого взрыва
Однако подобные идеи противоречат фактам, накопленным астрофизикой. Свет отдаленных галактик доносит до нас вести о том, какие законы действовали вскоре после «сотворения мира». Спектральные линии световых лучей свидетельствуют, что звезды в ту эпоху подчинялись тем же законам, что и теперь.
В спорах о сущности законов природы выделяется несколько партий.
Реалисты полагают, что законы природы существуют независимо от наших формулировок и определений. Они реальны, как стулья, полемически писал в своей книге «Мечта о единстве Вселенной» Стивен Вайнберг.
Разумеется, законы природы заслуживают куда большего уважения, чем любые предметы. Ведь последние все же не могут ускользнуть из-под нашей власти. Мы вольны переставить стул, передвинуть стрелку часов, раздробить каменную глыбу, а вот повлиять на законы природы не можем. Сколько мы ни наблюдаем за Солнцем, мы не в силах изменить, например, силу его притяжения. Мы зависим от законов природы, а они от нас – нет. Эти законы не выдуманы нами, а открыты. И подобно тому, как пустынный остров, затерянный в океане, существовал задолго до того, как его увидел человек, так и законы природы излагались на языке математики еще во время оно, а не только с тех пор, как их открыли. В этом убеждены и некоторые другие современные ученые, например, Александр Виленкин: «Надо полагать, что законы физики существовали “еще до того”, как возникла Вселенная». По его мнению, сам факт рождения Вселенной априори предполагает наличие определенных законов, по которым будет протекать ее развитие. Эта точка зрения близка традиции Платона, который верил в то, что за пределами видимого нами мира реально существует мир идей.
Позитивисты и номиналисты убеждены в обратном. «Физические теории – это лишь математические модели, которые мы конструируем, – заявляет Стивен Хокинг. – Мы не можем задаться вопросом, что такое действительность, ведь мы не в силах проверить, что реально, а что нет, не прибегая к помощи разного рода моделей». Подобное мнение не ново. Физик и философ Эрнст Мах, ставший когда-то объектом нападок первого классика ленинизма, призывал ограничиваться лишь простыми математическими описаниями эмпирических процессов, а философ Людвиг Витгенштейн в «Логико-философском трактате» полемично заявлял, что «в основе всего современного мировоззрения лежит ошибочное убеждение в том, что так называемые законы природы суть объяснения явлений природы».
Прагматики, избегая крайностей, присущих сторонникам обоих научных лагерей, считают законы природы неким полезным подспорьем, помогающим довольно точно описать природные феномены. «Меня интересует модель, которая наиболее эффективно объяснит наблюдаемые факты, – подчеркивает Пол Стейнхардт. – Соответствует ли она реальности, это пустой вопрос. Модели всегда упрощают реальность. По сути дела, нам не очень даже важна реальность сама по себе. Мы нуждаемся, прежде всего, в модели, которая описывает многообразие сложных феноменов с помощью самых простых концепций, понятных нашему разумению и позволяющих прогнозировать происходящее». Выступая перед студентами, Стейнхардт часто приводит следующий пример. По телевизору идет трансляция футбольного матча. В таком случае, пробуя предсказать, что произойдет в следующий момент, лучше всего полагать, что красочные пятна на экране – это подобия футболистов, и дальше руководствоваться знанием футбольных правил, нежели вспоминать об электронных схемах, электромагнитных полях – обо всем том, что порождает цветовые сигналы на экране монитора. «Реальность – это не всегда то, что вам хотелось бы, а вам хотелось бы понимания».
Простейшие законы природы – такие, как «зависимость силы тяготения от квадрата расстояния», – мы еще можем представить себе чисто геометрически. Но что прикажете делать с общей теорией относительности или квантовой физикой? С какой стати Матушке-Природе ведомы столь сложные конструкции, что они не доступны разумению большинства людей? Что если мы заблуждаемся, считая, что природа следует каким-то формулам? Закономерности ведь можно разглядеть в любом нагромождении случайных фактов.
Возможно, многие закономерности, принимаемые нами за неумолимые законы, являются лишь следствием нашей способности отыскивать определенные схемы в наблюдаемых процессах. На практике мы вынуждены пренебрегать многими факторами, мешающими проявлению этих законов. Зачастую законы идеализируют природу и следуют особенностям нашего мышления. Порой мы готовы скорее придумать их, чем открыть.
Что будет, если «закон сохранения энергии» перестанет вдруг соблюдаться – в Микромире ли, в Макромире? Нас это не смутит. В его незыблемости мы уверены. Мы тут же, походя, выдумаем новую форму энергии – какую-нибудь «энергию темного вакуума», – избавляющую нас от любых сомнений. И вот энергетический баланс восстановлен.
Так уже было недавно, когда масса видимой Вселенной оказалась недостаточной, чтобы соблюдались известные нам законы. Тогда логика рассуждений заставила нас признать, что мироздание на 95 % состоит из темного вещества и темной энергии. Подобные открытия побуждают некоторых заявлять, что вся физика – фикция.
На фоне этих сомнений наиболее практичными выглядят соображения «реалистов». Ведь, с их точки зрения, можно объяснить, почему одни научные теории являются истинными, а другие – ложными. Природа – вот безжалостный, неподкупный судья, решающий, верна теория или нет. Не бывает нескольких отличных друг от друга, но одинаково истинных теорий, описывающих некий феномен. Непременно одна из них берет верх, а другие, несмотря на всю свою убедительность, оказываются ложными.Мир фундаментальных констант
Фундаментальные константы – основа теоретической физики, но их природа загадочна. Если бы хоть одна из них немного изменилась, в нашей Вселенной никогда бы не зародилась жизнь. Неужели мы живем в космосе, который и впрямь создан неким Творцом? А может, нам повезло, и мир случайно возник таким, каков он есть? Или наша Вселенная окружена мириадой параллельных миров, наделенных самыми разными свойствами?
Открытия, сделанные в последние десятилетия, заставляют говорить о невероятно точной юстировке «вселенского хаоса», сравнимой, хотя бы приближенно, с настройкой концертного рояля, где многие десятки струн должны издавать гармонично сплетающиеся звуки. О, если бы речь шла только о десятках струн, а не о протянувшемся в бесконечность мироздании! Итак, что было бы…
Если бы число пространственных и временных измерений было иным, то траектории движения планет и электронов стали бы неустойчивыми, а скорость распространения электромагнитных волн изменилась бы.
Если бы сильное взаимодействие, скрепляющее атомные ядра, оказалось на несколько процентов слабее или сильнее, то процесс термоядерной реакции в недрах звезд прекратился бы и не произошел синтез тяжелых элементов, не образовался углерод – основа всей известной нам жизни, а возможно, и не возникло никаких звезд.
