Читать книгу "Стивен Хокинг. О дружбе и физике - Леонард Млодинов"

Это был начальный этап нашей совместной работы над книгой «Высший замысел», и я еще не научился мириться с его перфекционизмом. Стивен был энтузиастом своего дела. Но при этом он не был одержим стремлением одержать победу любой ценой. Например, когда он занимался греблей, он хорошо подходил для поста старшины шлюпки, хотя старшина из него был плохой. Его это, правда, мало волновало. Для Стивена гребля означала приключения и дружбу, а вовсе не погоню за призами. Тренер по гребле вспоминал, что Стивен был лишен амбиций и часто отвлекался. Тренер критиковал Стивена за опрометчивость во время гонок – Стивен часто пытался протиснуться сквозь узкие непроходимые щели. Но Стивена как раз и привлекала возможность быть безрассудным. А почему, собственно, должно быть по-другому?

Это была одна часть проблемы. Но у тренера были к Стивену и другие претензии. Когда Стивен участвовал в состязаниях по гребле, его команда не только не выигрывала, но и часто приходила к финишу с поломанными веслами и побитой шлюпкой. Однажды под руководством Стивена его шлюпка даже столкнулась нос к носу с другой шлюпкой. А он этим гордился! Тогда еще у него было юное тело, которое, в отличие от лодки, с легкостью могло держать удар. Ему не было и двадцати, и он наслаждался своей физической силой, не задумываясь о том, какой это дар судьбы. Подобно большинству молодых людей – и некоторым людям постарше, – он думал, что его здоровье, сила, разум и энергия останутся с ним навсегда.

⁂

В физике любая теория либо истинная, либо нет. Философ скажет, что мы, физики, довольно небрежно используем слово «истинный», потому что любая «истина» в физике является временной – никогда нельзя быть уверенным, что какой-то эксперимент, проведенный в будущем, не нарушит вашу, прежде казавшуюся совершенной, теорию. Но я подразумеваю под фразой «теория либо истинная, либо нет» то, что в фундаментальной физике, по крайней мере, не бывает «почти правильных» теорий. Если имеется даже один неясный факт, который не удовлетворяет теории даже в мельчайшей детали, мы называем эту теорию ложной. Она не соответствует подлинным законам природы.

Ложная теория тем не менее может оказаться полезной. Она может отражать истину в ограниченной области – там, где расстояния большие или, наоборот, маленькие; или где скорости низкие; или гравитация слабая. Такие приблизительные теории могут эффективно использоваться на практике в физике твердого тела, в квантовой вычислительной технике или в астрофизике. Но, если теория дает неправильные предсказания, пусть они даже не сильно будут отличаться от реальных в количественном отношении, изыскатели фундаментальных законов знают, что они не должны останавливаться на достигнутом и искать дальше[1].

Цель физиков-теоретиков – найти теории, которые были бы справедливы без исключений. Но, если у предположительно фундаментальной теории находится какой-либо изъян, теоретики не скорбят об этом – наоборот, чувствуют новый прилив сил. Мы пускаемся в поиски новой теории, той, которая будет объяснять все, что объясняла и предыдущая, и в то же время благополучно пройдет испытание, которое не выдержала предыдущая теория. Следующая теория может быть модификацией старой теории – как это случилось в 1998 году, когда так называемая стандартная модель элементарных частиц была изменена в связи с открытием массы нейтрино. Или это может быть совершенно новая теория – как это произошло с теорией Ньютона, когда на смену его законам движения и гравитации пришли квантовая физика и общая теория относительности.

Парад перманентно улучшающихся теорий, по идее, должен завершиться созданием так называемой «теории всего». Однако вердикт о том, что такая теория действительно существует – и если да, то что она собою представляет, – еще не вынесен. Эйнштейн посвятил созданию этой теории все последние годы своей жизни. Он называл ее единой теорией поля. Вам может прийти в голову, что если кто-то, как фокусник, вытащит эту теорию из своей шляпы, то это будет второй Эйнштейн. Но Эйнштейн в последние годы своей жизни преуспел лишь в том, что отдалился от стратегического направления физической науки. «Нынешнее поколение видит во мне, – писал он, – еретика и реакционера, который, если можно так выразиться, пережил сам себя».

Но Эйнштейн мог себе такое позволить. Он чувствовал, что достиг пика славы и заслужил право в конце жизни немного побороться с ветряными мельницами. Поэтому он обращал мало внимания на мнение ученой среды и продолжал свои донкихотские изыскания. Он, как и Стивен, был упрям. Надо ли говорить, что после смерти Эйнштейна (1955) поиски «теории всего» стали модным увлечением среди физиков.

Большинство дискуссий о «теории всего» не принимали во внимание тот факт, что в распоряжении физиков уже со второй половины XIX века имелось непротиворечивое описание всех физических явлений. Речь идет о теории электромагнетизма Джеймса Клерка Максвелла. Эта теория и теория всемирного тяготения Ньютона вместе объясняли все известные (на тот момент) силы, существующие в природе. Когда в этот коктейль добавили еще законы движения Ньютона – которые описывают движение тел под действием этих сил, – полученная смесь, казалось, стала достаточной для описания всех процессов во Вселенной. По крайней мере, в принципе: для успешного применения теории все-таки надо было решать уравнения, описывающие интересующий нас процесс.

В этом-то все и дело. Без решения уравнений теория остается голым каркасом из принципов и методов. Для каждой физической системы (будь то электроны вокруг ядра атома, Солнечная система и т. д.) теория дает уравнения, решение которых описывает, как свойства этой системы меняются со временем (как излучает атом, планеты вращаются по орбитам и т. п.). Но обычно эти уравнения решить невозможно, поэтому большинство результатов в теоретической физике зависят от того, какое используется приближение. Именно это делает физику не только наукой, но и искусством.

Физики в конце XIX столетия были настолько уверены в глубине своих познаний, что лорд Кельвин, один из знаменитейших физиков своего времени, произнес в апреле 1900 года речь о будущем физики как науки. В ней он заявил, что все, что осталось сделать физикам – согнать пару облаков с уже почти безоблачного голубого неба. Одним из этих облаков стал эксперимент со скоростью света, проведенный американскими физиками Альбертом Майкельсоном и Эдвардом Морли. Другое облако – явление под названием «чернотельное излучение». Кельвин полагал, что эти незначительные аномалии ученые-физики вскоре смогут разъяснить в рамках существующих концепций. Впоследствии выяснилось, что эти препятствия – не два маленьких облачка в голубом небе, а скорее два массивных айсберга, вставшие на пути корабля в океане.

Чтобы объяснить эксперимент Майкельсона – Морли, нужно было придумать специальную теорию относительности, что и сделал Эйнштейн в 1905 году. Чтобы объяснить излучение черного тела, нужно было создать квантовую теорию. Над ее созданием трудилась целая плеяда блестящих физиков на протяжении десятков лет, с 1900 по 1925 год. Вместе эти две теории потопили корабль с ньютоновскими законами движения, которые лежали в основе физики в дни Кельвина, да и вообще на протяжении нескольких предыдущих столетий. Больше никогда эти ньютоновские законы не будут восприниматься как фундаментальная истина.