Кратчайшая история времени - Стивен Уильям Хокинг

пересечения. Набор карт обеспечивает полное описание поверхности. Возможно, что в физике – по аналогии – в разных ситуациях надо использовать разные формулировки, но при этом две разные формулировки дают согласованные результаты в области, где обе они применимы.

Если это так, то полный набор разных формулировок может рассматриваться как полная единая теория, хотя эта теория и не может быть выражена в терминах единого набора постулатов. Но даже это может оказаться невозможным. Действительно ли возможно создать единую теорию? Может, мы просто гонимся за миражом? По-видимому, есть три возможности.

1. Полную единую теорию (или набор взаимно перекрывающихся ее формулировок) действительно можно построить, и если мы окажемся достаточно умными, то в один прекрасный день мы это сделаем.

2. Окончательной единой теории Вселенной не существует. Мы можем построить лишь последовательность теорий, с каждым разом все плотнее приближаясь к сути Вселенной, но точной формулировки так никогда и не получим.

3. Теории Всего вообще не существует: невозможно предсказать события сверх определенного уровня точности, они происходят случайным и произвольным образом.

Сторонники третьего варианта приведут как аргумент то, что полный набор законов природы был бы посягательством на право Бога передумать и вмешаться в мировой ход событий. Но если Бог всемогущ, то почему он не может посягнуть на собственную свободу, если того захочет? Это напоминает старый парадокс: может ли Бог создать камень, который Сам не сможет поднять? Идея, что Бог может передумать, является примером ложной предпосылки, что Бог существует во времени, из чего исходил еще Блаженный Августин. Время – это всего лишь свойство созданной Богом Вселенной. Бог, по-видимому, отдавал Себе отчет в том, что вершит, когда создавал ее такой!

С появлением квантовой механики появилось осознание того, что события невозможно предсказать с абсолютной точностью: всегда есть некоторая доля неопределенности. Если хотите, можете отнести эту случайность на счет божественного вмешательства. Но это должно быть очень странное вмешательство, без каких-либо признаков того, что оно делается с какой бы то ни было целью. Действительно, если бы такое вмешательство имело место, то оно по определению не могло быть случайным. В современную эпоху третья возможность оказалась исключена в результате пересмотра цели науки: она состоит в формулировке набора законов, которые позволят предсказывать события с точностью, допускаемой принципом неопределенности.

Вторая возможность – бесконечная последовательность все более совершенных теорий – находится 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 предсказывались в рамках существующей теории, и для учета этих явлений приходилось создавать новую, более «продвинутую» теорию. Есть основания полагать, что, исследуя взаимодействие частиц на все более высоких энергиях, мы выйдем на новые, более фундаментальные уровни их строения, чем кварки и электроны, которые мы считаем элементарными частицами.

Предел этой последовательности «матрешек» может положить гравитация. У частицы с энергией выше так называемой планковской энергии масса должна быть настолько концентрирована, что она отделится от остальной вселенной и образует микроскопическую черную дыру. Так что, по-видимому, у последовательности все более совершенных теорий должен быть предел, к которому мы подойдем, исследуя взаимодействия на все более высоких энергиях, и, следовательно, окончательная теория Вселенной может быть построена. Но нам с энергиями, которые мы можем обеспечить в лабораторных экспериментах, еще очень далеко до планковской энергии. Ускорители частиц не позволят преодолеть эту пропасть в обозримом будущем. При этом события с такими энергиями разворачивались на самых ранних этапах эволюции Вселенной. Есть все основания рассчитывать, что исследования ранней Вселенной и требования математической непротиворечивости позволят создать полную единую теорию еще при жизни некоторых из наших современников, конечно, если мы до этого сами себя не уничтожим!

Что может означать создание окончательной теории Вселенной?

Мы никогда не сможем быть окончательно уверены, что построили действительно правильную теорию, поскольку никакая теория не может быть доказана. Но если теория математически непротиворечива и все ее предсказания согласуются с наблюдениями, то это дает разумную степень уверенности считать ее правильной. Это ознаменует конец долгой и славной эпохи в истории интеллектуальных усилий человечества на пути к познанию Вселенной. Но создание такой теории также коренным образом изменит понимание обычными людьми законов, управляющих нашей Вселенной.

Во времена Ньютона образованный человек мог получить представление обо всем объеме человеческих знаний, во всяком случае в общих чертах. Но с тех пор развитие науки ускорилось настолько, что это стало невозможным. Теории постоянно меняются и подстраиваются для согласования с результатами наблюдений, и поэтому ученые не успевают их «переварить» и упростить так, чтобы сделать их понятными для обычных людей. Понимание теории доступно только специалистам, и даже специалист может рассчитывать охватить лишь небольшую часть научных теорий. К тому же наука развивается настолько быстро, что полученные в школе и университете знания всегда оказываются несколько устаревшими. Немногие способны поспевать за стремительно расширяющимся передним краем познания, и им приходится посвящать этому свое время, занимаясь небольшой областью науки. Все прочие имеют очень слабое представление о прогрессе науки и радости, которую приносит движение на этом пути. С другой стороны, если верить Эддингтону, семьдесят лет назад лишь двое понимали общую теорию относительности. Теперь она доступна десяткам тысяч выпускников университетов, и миллионы людей имеют о ней какое-то представление. Если полная единая теория будет построена, то ее популярное изложение и включение – в упрощенном виде – в школьную программу – всего лишь вопрос времени. И тогда мы все будем иметь представление о законах, управляющих Вселенной, и ответственных за само наше существование.

Но даже если полная единая теория будет создана, это не значит, что мы сможем предсказывать явления. Причин тут две. Во-первых, это ограничение, накладываемое принципом неопределенности на нашу способность предсказывать. Обойти его невозможно. Но на практике это первое ограничение не настолько сильно, как второе: мы скорее всего будем неспособны решить уравнения единой теории, кроме как в самых простых случаях. Как уже отмечалось, невозможно получить точный ответ, решив уравнения квантовой механики для атома, состоящего из ядра и более чем одного электрона. Мы ведь даже не в состоянии точно рассчитать движение трех тел в ньютоновской теории тяготения, и при этом трудность задачи увеличивается с увеличением числа задействованных тел и сложности теории. Приблизительные решения обычно годятся для прикладных задач, но они вряд ли оправдают надежды, порожденные термином «теория всего»!

Мы уже знаем законы, управляющие поведением вещества при любых условиях, за исключением самых экстремальных. В частности, мы знаем фундаментальные законы, лежащие в основе всей химии и биологии. И