Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле - Карло Ровелли

Появляется желание научиться думать о мире в простых категориях, получить возможность исследовать и понимать секреты природы, чтобы знать больше, чем наши родители. И для этого есть уникальные мыслительные инструменты, на которые опирались Галилей, Кеплер и Ньютон, – идея свободного прямолинейного движения в пространстве; идея элементарных тел, из которых строится мир, и их взаимодействий; идея пространства как вместилища мира.

И кроме того, есть простая идея конечной делимости вещей. Фундаментальной зернистости мироздания. Идея, которая не позволяет бесконечности проскользнуть у нас между пальцами.

Эта мысль лежит в самом сердце атомной гипотезы, и мы еще встретимся с ней, когда будем говорить о дополнительных силах, возникающих в квантовой механике. Сегодня она вновь раскрывает свою мощь в качестве краеугольного камня квантовой гравитации.

Первым человеком, который соединил части мозаики, начавшие появляться в контексте натурализма эпохи Возрождения, и восстановил, невероятно усилив, демокритовскую картину мира, сделав ее центром современной мысли, стал англичанин, величайший ученый всех времен и первый герой следующей главы.

Предыдущая глава могла создать впечатление, будто я утверждаю, что Платон и Аристотель лишь повредили развитию науки. Я бы хотел скорректировать это впечатление. Аристотелевское исследование природы, например ботаники и зоологии, – это выдающиеся научные работы, основанные на тщательных наблюдениях за окружающим миром. Концептуальная ясность и внимание к разнообразию природы, впечатляющий интеллект и непредвзятость суждений великого философа обеспечили ему авторитет на долгие столетия. Первое известное нам систематическое изложение физики принадлежит Аристотелю, и это совсем неплохая физика.

Аристотель рассказывает о ней в книге, которая так и называется – «Физика». Заглавие этой книги не происходит от названия дисциплины – наоборот, дисциплина получила название по книге Аристотеля. Согласно Аристотелю, физика устроена следующим образом. В первую очередь, необходимо провести различие между небесами и Землей. В небесах всё состоит из кристаллической субстанции и вечно совершает круговые движения по огромным концентрическим окружностям, в центре которых находится сферическая Земля. На Земле необходимо различать вынужденные движения и естественные движения. Вынужденные движения вызываются усилием и прекращаются, когда прекращается усилие. Естественные движения направлены вертикально – вверх или вниз – и зависят от субстанции и ее расположения. Каждая субстанция имеет свое «естественное место» – так сказать, надлежащую высоту, на которую она всегда возвращается: земля внизу, вода немного выше, над ней воздух, а еще выше – огонь. Когда вы берете камень и позволяете ему упасть, он движется вниз, поскольку хочет вернуться к своему естественному уровню. Воздушные пузыри в воде, огонь в воздухе и взлетающие детские воздушные шарики – все они ищут свое естественное место.

Не надо смеяться над этой теорией или отбрасывать ее, поскольку она вполне физична. Это хорошее и корректное описание движения погруженных в жидкость тел, подвергающихся воздействию гравитации и трения, то есть реальных вещей, с которыми мы повседневно сталкиваемся в своей жизни. Это не ошибочная физика, как часто говорят. Это – приближение[33].

Физика Ньютона тоже является приближением к общей теории относительности. И вероятно, всё, что мы знаем сегодня, в свою очередь, является приближением к чему-то, чего мы еще не знаем. Конечно, физика Аристотеля довольно груба, она не имеет количественной формы (на ее основе нельзя делать расчеты), но она последовательна и рациональна и позволяет делать корректные качественные предсказания. Не зря она в течение столетий оставалась лучшей доступной моделью для понимания движения[34].

Платон, возможно, еще важнее для будущего развития науки.

Именно Платон понял всё значение догадок Пифагора и пифагорейцев: ключом к тому, чтобы пойти дальше Милетской школы, является математика.

Пифагор родился на Самосе, маленьком острове неподалеку от Милета. Его первые биографы Ямвлих и Порфирий рассказывают, что юный Пифагор был учеником престарелого Анаксимандра. Все началось в Милете. Пифагор много путешествовал, вероятно, по Египту и, возможно, даже побывал в Вавилоне, прежде чем осесть на юге Италии в Кротоне, где он основал свою религиозно-политико-научную секту, которая играла важную роль в политике маленького городка, но, помимо этого, оставила всему миру наследие огромной ценности – открытие теоретической полезности математики. Пифагору приписывают утверждение: «Число правит формами и идеями»[35].

Платон избавил пифагореизм от его обременительного и бесполезного мистического багажа. Он воспринял и очистил его полезный посыл: математика – это язык, лучше всего приспособленный для понимания и описания мира. Эффект от этой догадки был колоссальным; она стала одной из причин успеха западной науки. Согласно традиции, на двери своей школы Платон вырезал фразу: «Да не войдет сюда не знающий геометрии». Под влиянием этого убеждения Платон поднял важнейший вопрос, из которого после долгих окольных блужданий возникла современная наука. Он спрашивал у своих учеников, изучавших математику: могут ли они найти математические законы, которым следуют планеты, видимые на небосводе? Венеру, Марс и Юпитер легко увидеть на ночном небе. Их движения выглядят до некоторой степени беспорядочными: относительно звезд они перемещаются то в одну, то в другую сторону. Можно ли найти математическое описание, позволяющие предсказывать их движения?

Попытки найти эти законы начинаются с Евдокса в платоновской школе и продолжаются на протяжении следующих столетий такими астрономами, как Аристарх и Гиппарх; они поднимают античную астрономию на высочайший научный уровень. О достижениях этой науки мы знаем из единственной книги, которая дошла до нас, – «Альмагеста» Птолемея. Птолемей был астрономом, жившим в I веке нашей эры в Александрии, входившей в состав Римской империи, где наука тогда уже переживала спад и двигалась к полному исчезновению на фоне масштабного коллапса эллинистического мира, задушенного христианизацией Империи.

Книга Птолемея – это важнейший научный труд. Строгая, точная, сложная, она представляет астрономию как математическую систему, способную предсказывать кажущиеся беспорядочными движения планет по небу с почти безупречной точностью, ограниченной лишь возможностями человеческого глаза. Эта книга – доказательство того, что догадка Пифагора была верна. Математика позволяет описывать мир и предсказывать его будущее: внешне случайные и беспорядочные движения планет можно точно предсказать, используя формулы Птолемея, в которых объединены столетия труда греческих астрономов, представленные в тщательно систематизированном виде. Даже сегодня, приложив небольшие усилия, можно открыть книгу Птолемея, изучить его выкладки и вычислить, например, положение, которое займет Марс на небе в будущем. Сегодня, через 2000 лет после того, как книга была написана. Осознание того, что эта магия действительно работает, лежит в основании современной науки, и в немалой степени мы обязаны этим Пифагору и Платону.