Читать книгу "Уродливая Вселенная - Сабина Хоссенфельдер"

Чед объясняет, в чем привлекательность «лунного» аргумента Эйнштейна: «Объекты должны существовать независимо от того, обладают ли люди какой-то информацией о них или нет. Людям хочется, чтобы существовала незыблемая реальность, так что на онтологическом конце спектра им кажется кощунством говорить, будто нечто на самом деле не существует, пока вы не измерите некое свойство. Таким образом, на любом конце спектра люди находят что-либо отвратительное с другого конца».

«А где вы сами на этом спектре?» – любопытствую я.

«Мне видится некоторая ценность с любой стороны, откуда ни посмотреть, – отвечает Чед. – Я в значительной степени согласен, что познаем мы информацию о мире, но мне также комфортно верить, что есть некое состояние, о котором эта самая информация сообщает. Так что я болтаюсь где-то посередине, ни рыба ни мясо».

«В физике элементарных частиц, – говорю я, – люди критикуют те вещи, что им не нравятся, поскольку видят такие изъяны, как указания на теорию получше. В основаниях квантовой физики происходит то же самое?»

«Мне кажется, не вполне то же самое, – отвечает Чед. – В физике элементарных частиц есть несколько совершенно конкретных количественных проблем. На них можно указать, просто мы не в силах их разрешить. Например, темная энергия. Мы выполняем расчеты для энергии вакуума – и она оказывается на 120 порядков большей, а затем приходится делать что-нибудь дурацкое, чтобы избавиться от этой нестыковки. В основаниях же квантовой физики мы все можем соглашаться с тем, [что получается, когда вы посылаете электрон через двойную щель]. Вопрос в том, что, как вам кажется, происходит до того».

«Все могут использовать существующий [математический] формализм, произвести вычисления и получить правильный результат вплоть до какого-то невообразимого знака после запятой. Так что проблема не количественная. Она гораздо более философская, чем проблемы в физике элементарных частиц. И тут и там присутствует эстетическая составляющая. И тут и там есть ощущение, что так быть не должно, ведь с математической точки зрения это безобразно. Однако в основаниях квантовой физики нет количественных разногласий. Людей не устраивают странные вещи, которые, как мы знаем, должны быть верны, так что все пытаются отыскать какие-то обходные пути».

«Многие философские вещи, с которыми вы сталкиваетесь, погружаясь в квантовый мир, лишь на один шаг отстоят от по-настоящему нелепой философии вроде вопроса Юджина Вигнера, почему мы вообще можем описывать что-либо с помощью математики 116. При такой постановке вопроса вы лишаетесь сна, гадая, почему же Вселенная подчиняется простым, элегантным математическим законам, если на то нет никаких причин. Но вы можете отмахнуться от всего этого и сказать: “Слушайте, у нас есть простые, элегантные законы, и мы можем производить вычисления!” Вот я примерно так чувствую».

«Но когда вы пытаетесь найти новую теорию, разве такое отношение плодотворно?» – спрашиваю я.

«В том-то все и дело, – говорит Чед. – Возможно, нам следует размышлять над этими философскими вопросами и вещами, не поддающимися расчету. Но может, математика попросту неприглядна и кто-то должен сквозь нее продираться?»

ВКРАТЦЕ

• Квантовая механика работает изумительно, однако многие физики жалуются, что она не понятна интуитивно и уродлива.

• Интуицию кует опыт, а квантовая механика – довольно молодая теория. Будущим поколениям она, возможно, покажется более интуитивно понятной.

• И в основаниях квантовой механики тоже неясно, какая же насущная проблема требует решения.

• Может, понять квантовую механику просто сложнее, чем мы думали.

Глава 7

Одна, чтоб править всеми

В которой я пытаюсь выяснить: было бы кому-нибудь дело до законов природы, будь они некрасивы? Я заскакиваю в Аризону, где Фрэнк Вильчек посвящает меня в свою скромную «теорию чего-то», а затем лечу на Мауи и слушаю Гарретта Лиси. Мне открываются некоторые неприглядные факты, и я подсчитываю физиков.

Сходящиеся линии

В последний раз теория всего была у человечества 2500 лет назад. Греческий философ Эмпедокл предположил, что мир соткан из четырех элементов: земли, воды, воздуха и огня. Аристотель позже добавил пятый, божественный элемент – эфир. Никогда больше объяснение всего не было таким простым.

В философии Аристотеля каждый элемент характеризуется двумя свойствами: огонь сухой и теплый, вода влажная и холодная, земля сухая и холодная, а воздух влажный и теплый. Изменения происходят, поскольку (1) элементы стремятся к своим «естественным местам» – воздух поднимается вверх, камни падают вниз и так далее – и (2) могут менять на противоположное по одному своему свойству зараз, если тому нет препятствий: так, например, сухой и теплый огонь может превратиться в сухую и холодную землю, а влажная и холодная вода – во влажный и теплый воздух.

Утверждение, что камни падают вниз, ибо такова их естественная склонность, не очень-то много объясняет, но то была, несомненно, простая теория, которую можно было проиллюстрировать удовлетворительно симметричной диаграммой (рис. 11).

Рис. 11. Схематическое изображение четырех элементов Аристотеля и их связей – теории, датирующейся IV веком до нашей эры. Схожие классификации сохранились в письменных источниках восточных цивилизаций примерно того же времени.

Впрочем, даже в IV веке до нашей эры стало очевидно, что теория слишком уж проста. Алхимики начали выделять все новые и новые вещества, и теория со всего лишь четырьмя элементами не могла объяснить такого разнообразия. Однако только в XVIII веке химики поняли, что все вещества – комбинации относительно небольшого числа «элементов» (в то время думали, что их меньше сотни), которые дальше уже разложить нельзя. Наступила эра редукционизма.

А тем временем Ньютон понял, что падение камней и движение планет роднит общая причина: тяготение. Джоуль показал, что теплота – это вид энергии, как обнаружилось позднее – происходящий из движения крохотных частиц под названием «атомы». Для каждого химического элемента характерен свой тип атома. Максвелл объединил электричество и магнетизм в электромагнетизм. И всякий раз, когда прежде разрозненные эффекты получали объяснение в рамках общей теории, новые открытия и применения не заставляли себя долго ждать: приливы вызываются Луной, энергию можно использовать для охлаждения, колебательные контуры служат источниками электромагнитного излучения.

В конце XIX века физики заметили, что атомы способны испускать и поглощать только свет с определенными длинами волн, но объяснения наблюдавшимся регулярностям ученые дать не могли. Чтобы с этим разобраться, они разработали квантовую механику, которая объяснила не только атомные спектры, но и большинство свойств химических элементов. К 1930-м годам физики выяснили, что все атомы имеют ядро, состоящее из меньших частиц – нейтронов и протонов – и окруженное электронами. На стезе редукционизма это стало еще одной вехой.