Книга: Черные дыры и молодые вселенные

6. Моя позиция

6. Моя позиция

[11]

Эта статья не о том, верю ли я в Бога. Вместо этого я объясню свой подход к пониманию Вселенной: каково состояние и значение всеобщей теории, «теории всего». Вот тут действительно есть проблема. Люди, которые должны изучать эти вопросы и отвечать на них, – философы – в большинстве своем не имеют достаточной математической подготовки, чтобы угнаться за современными достижениями теоретической физики. Существует подотряд, называемый философами науки, которые должны бы быть более подкованными. Но многие из них – неудавшиеся физики, которым показалось слишком трудным делом разрабатывать новые теории, и вместо этого они пишут о философии физики. Они по-прежнему спорят о научных теориях начала века и не касаются передовых рубежей современной физики.

Возможно, я слишком суров к философам, но и они со мной были не слишком любезны. Мой подход они называли наивным и простодушным, а меня самого – номиналистом, инструменталистом, позитивистом, реалистом и всякими прочими «истами». Это метод опровержения путем очернения: если сможешь наклеить на мой подход ярлык, то и не надо доказывать, чем же он неверен, – разумеется, все знают фатальную ошибочность всех этих «измов».

Те, кто действительно продвинулся в теоретической физике, мыслят совсем не теми категориями, что постоянно для них придумывают философы и историки науки. Я уверен, что Эйнштейна, Гейзенберга и Дирака не беспокоило, реалисты они или инструменталисты. Их заботой было лишь то, что существовавшие теории не стыковались друг с другом. В теоретической физике для продвижения вперед поиск логической последовательности всегда был важнее, чем экспериментальные результаты. Многие прекрасные теории отвергались, так как не согласовывались с наблюдениями, но я не знаю ни одной серьезной теории, которая продвинулась бы только на основе эксперимента. Теория всегда приходит первой, она возникает из желания получить стройную математическую модель. Затем делаются предположения, которые проверяются наблюдением. Если наблюдения согласуются с предположениями, это не доказывает теорию, но она остается жить, чтобы сделать новые предположения, которые снова проверяются наблюдениями. Если наблюдения войдут в противоречие с предположениями, теория отвергается.

Точнее, считается, что все происходит именно так. На практике люди очень неохотно расстаются с теорией, на которую потратили много сил и времени. Обычно начинают ставить под сомнение точность наблюдений. Если это не удается, то пытаются подправить теорию в манере ad hoc[12], и в конце концов она превращается в некое безобразное сооружение. Тогда кто-нибудь предлагает новую теорию, стройную и естественную. Примером этого может служить проведенный в 1887 году опыт Майкельсона – Морли, который показал, что скорость света всегда одна и та же, как бы ни двигались источник света и наблюдатель. Это казалось смешно. Конечно же, тот, кто движется навстречу свету, должен измерить бо?льшую скорость, чем тот, кто движется в одном направлении со светом! И все же эксперимент показал, что оба наблюдателя измеряют одинаковую скорость. В течение последующих восемнадцати лет такие люди, как Хендрик Лоренц и Джордж Фицджералд, пытались согласовать это наблюдение с общепринятыми представлениями о времени и пространстве. Они выдвинули ad hoc некоторые предположения, как, например, то, что объекты, двигаясь с большой скоростью, становятся короче, – и весь каркас физики стал неуклюжим и уродливым. В 1905 году Эйнштейн предложил гораздо более привлекательную точку зрения, в которой время не рассматривалось как нечто отдельное и совершенно самостоятельное. Оно сливалось с пространством в четырехмерный объект, называемый пространство-время. Эйнштейна привели к этой мысли не столько результаты экспериментов, сколько желание заставить две части теории слиться в гармоничное целое. Этими двумя частями были законы, управляющие электрическим и магнитным полями, и законы, управляющие движением тел.

Не думаю, что Эйнштейн или кто-либо еще в 1905 году сознавал, какой простой и стройной оказалась эта новая теория относительности. Она полностью перевернула наше понимание пространства и времени. Этот пример хорошо иллюстрирует, как трудно быть реалистом в философии науки: ведь то, что мы считаем реальностью, во многом обусловлено используемой нами теорией. Я уверен, что Лоренц и Фицджералд считали себя реалистами, интерпретируя эксперимент со скоростью света в терминах ньютоновских идей об абсолютном пространстве и абсолютном времени. Казалось, что эти понятия пространства и времени отвечают здравому смыслу и реальности. Но теперь те, кто знаком с теорией относительности, – а их все еще пугающе мало – имеют несколько иной взгляд. Мы должны рассказывать людям о современном понимании таких основополагающих концепций, как пространство и время.

Если то, что считать реальным, зависит от нашей теории, как же мы можем сделать реальность основой нашей философии? Я бы назвал себя реалистом в том смысле, что признаю существование вне нас Вселенной, ожидающей, когда ее исследуют и поймут. Я считаю, что позиция солипсиста – якобы все сущее есть наше воображение – это пустая трата времени. Никто не действует, опираясь на такую точку зрения. Но без какой-либо теории мы не можем выделить, что же во Вселенной реально. Поэтому я принимаю точку зрения, названную простодушной и наивной, что физическая теория – это просто математическая модель, используемая нами для описания результатов наблюдений. Теория является хорошей, если модель изящна, если она описывает большой класс наблюдений и предсказывает результаты новых наблюдений. В противном случае не имеет смысла спрашивать, соответствует ли теория реальности, так как мы знаем, что реальность зависит от теории. Подобный взгляд на научные теории, возможно, делает меня инструменталистом или позитивистом – как я уже говорил, меня называли и так и так. Человек, назвавший меня позитивистом, пошел дальше: он добавил, что всем известно, как позитивизм устарел, – еще один случай опровержения путем наклеивания ярлыка. Может быть, он действительно устарел в том, что было пунктиком интеллектуалов вчерашнего дня, но тому, кто ищет новые законы и новые методы описания Вселенной, эта очерченная мной позитивистская позиция представляется единственно возможной. Нехорошо апеллировать к реальности, когда у нас нет независимой от модели концепции этой реальности.

По моему мнению, невысказанная вера в независимую от модели реальность и является глубинной причиной тех трудностей, с которыми философы науки сталкиваются при изучении квантовой механики и принципа неопределенности. Существует знаменитый мысленный эксперимент, называемый «кошкой Шрёдингера». Кошку помещают в запечатанный ящик. На ящик направлена пушка, которая выстрелит, если радиоактивный нуклид распадется. Вероятность этого 50 процентов (сегодня никто не посмеет предположить такую вещь даже для мысленного эксперимента, но во времена Шрёдингера никто не слышал о правах животных).

Если откроют ящик, то обнаружат кошку живой или мертвой. Но до того, как его откроют, квантовое состояние кошки будет смесью состояния мертвой кошки с состоянием живой. Философам науки очень трудно допустить это. Кошка не может быть наполовину застреленной, а наполовину незастреленной, как нельзя быть наполовину беременной. Эта трудность возникает оттого, что они косвенно пользуются классической концепцией реальности, где объект имеет определенную и единственную предысторию. Но весь фокус в том, что у квантовой механики другой взгляд на реальность. Согласно ему, объект имеет не единственную предысторию, но все возможные предыстории. В большинстве случаев вероятность какой-то одной предыстории отменяется вероятностью несколько иной предыстории, но в определенных случаях вероятности соседних предысторий усиливают друг друга. И одну из этих усиленных предысторий мы видим как предысторию объекта.

В случае с кошкой Шрёдингера две возможные предыстории усилили друг друга. В одной кошку застрелили, а в другой она осталась жива. В квантовой теории обе возможности могут существовать вместе. Но некоторые философы сбиваются с толку, поскольку косвенно предполагают, что кошка может иметь только одну предысторию.

Природа времени – еще один пример области, где физическая теория определяет нашу концепцию реальности. Принято считать очевидным, что время течет всегда, независимо от того, что происходит; но теория относительности, соединяя время и пространство, говорит, что и то и другое может искривляться или деформироваться материей Вселенной. Так что наше восприятие природы времени изменилось: раньше считалось, что оно независимо от Вселенной, а теперь считается, что оно ею формируется. И тогда становится возможным понять, что время до какого-то определенного момента было просто не определено; если двинуться во времени вспять, то можно натолкнуться на непреодолимый барьер – сингулярность, за которую не зайти. В таком случае имело бы смысл спросить, что произвело Большой Взрыв. Если мы говорим о причинности, это неявно подразумевает, что до Большого Взрыва сингулярности что-то было. Но как нам известно уже двадцать пять лет, общая теория относительности Эйнштейна говорит, что время должно было начаться с сингулярности пятнадцать миллиардов лет назад. Однако философы не подхватили эту идею. Их все еще заботят основы квантовой механики, заложенные шестьдесят пять лет назад. Они не понимают, что передовой край физики продвинулся дальше.

Еще хуже обстоит дело с математическим понятием мнимого времени, с помощью которого Джим Хартл и я предположили, что Вселенная, возможно, не имеет начала и конца. За слова о мнимом времени на меня яростно набросился один философ науки. «Как может математическая хитрость вроде мнимого времени иметь что-то общее с реальной Вселенной!» – воскликнул он. Думаю, этот философ перепутал математические термины «вещественное число» и «мнимое число» с соответствующими словами, которые мы используем в повседневной жизни. Это только иллюстрирует мою точку зрения: как можем мы знать, что такое реальное, независимо от теории или модели, при помощи которой мы это интерпретируем?

Я воспользовался примерами из теории относительности и квантовой механики, чтобы показать проблемы, с которыми мы сталкиваемся, пытаясь осмыслить Вселенную. И на самом деле не важно, разбираетесь ли вы в теории относительности и квантовой механике или нет и даже верны ли эти теории. Надеюсь, я продемонстрировал, что только нечто вроде такого позитивистского подхода, когда теория рассматривается как модель, может помочь понять Вселенную – по крайней мере, физикам-теоретикам. Я полон надежд, что мы найдем стройную и непротиворечивую модель, описывающую всё во Вселенной, и тогда это будет истинным триумфом человечества.