Достучаться до небес. Научный взгляд на устройство Вселенной - Лиза Рэндалл

Многие до сих пор считают, что относиться к фактам или логическим выводам слишком серьезно просто неприлично или по крайней мере странно. Одним из источников антиинтеллектуалистичных или антинаучных настроений может быть обычное раздражение по отношению к человеку, который чувствует себя достаточно сильным, чтобы перевернуть землю. Те, кто чувствует в глубине души, что мы не имеем права принимать этот громадный интеллектуальный вызов, считают все это владением высших сил, недоступных человеку. Это не до конца понятное, направленное против собственного «я» и прогресса мнение можно до сих пор слышать на спортплощадках и в загородных клубах.

Для некоторых мысль о том, что человек способен разгадать все загадки мира, служит источником оптимизма и порождает чувство причастности и понимания. Но остальные воспринимают науку и известных ученых, которые больше знают и больше умеют в соответствующих технических областях, исключительно со страхом. Люди делятся на тех, кто способен заниматься научной деятельностью и оценивать научные выводы, и тех, кто чувствует полную беспомощность перед лицом научной мысли.

Люди в большинстве своем стремятся ощущать себя сильными и вооруженными знанием. Вот вопрос, который рано или поздно задает себе каждый: с чем именно — с наукой или с религией — можно почувствовать контроль над окружающим миром? Где можно найти надежность, покой и понимание? Предпочитаете ли вы верить, что сами можете проникнуть в тайны природы, или по крайней мере в то, что на это способны ученые? Люди жаждут ответов и прямого руководства, которые наука не всегда может предложить.

Тем не менее наука уже многое узнала о том, как устроена и как работает Вселенная. Если сложить воедино все, что нам известно, то кусочки головоломки, которые ученые постепенно добывали на протяжении столетий, чудесно соединятся и сольются в цельную картину. Научные теории позволяют делать верные предсказания. Поэтому некоторые из нас верят в авторитет науки, а многие признают замечательные уроки, ей преподанные.

Мы непрерывно продвигаемся вперед, расширяя разведанные территории и исследуя районы, к которым у нас нет непосредственного доступа. До сих пор не получено никаких данных, которые заставили бы нас вернуться к представлениям о центральном месте человека в общей картине мира. По мере того как мы осознаем себя принадлежащими всего лишь к одному из множества аналогичных объектов случайного размера в случайном месте — в том, что пока представляется — с научной точки зрения — случайно развивающейся Вселенной, — революция Коперника повторяется вновь и вновь.

Неуемное любопытство и стремление развиваться ради удовлетворения жажды информации действительно делают человека совершенно особым существом. Мы — единственный биологический вид, способный задавать вопросы и систематически работать ради получения ответов. Мы ставим вопросы, взаимодействуем между собой, делимся информацией, строим гипотезы, создаем модели — ив конце концов обогащаем свои представления о Вселенной и о месте человека в ней.

Все сказанное не означает, что наука непременно найдет ответы на все вопросы. Те, кто считает, что наука рано или поздно решит все проблемы человечества, тоже, вероятно, ошибаются. Но это означает, что занятия наукой были и остаются достойным и стоящим занятием. Мы не знаем пока всех ответов. Но люди, склонные к научным занятиям, — не важно, религиозны они или нет — жаждут исследовать Вселенную и отыскать их. В части II мы посмотрим, чего они уже добились и что теперь виднеется на горизонте.

Известно, что 2500 лет назад древнегреческий философ Демокрит объявил о существовании атомов и тем самым сделал шаг в правильном направлении, однако ни тогда, ни много позже никто не мог точно сказать, какими на самом деле окажутся элементарные частицы вещества. Некоторые из физических теорий, описывающих сверхмалые расстояния, настолько парадоксальны, что даже самые творческие и открытые всему новому люди не смогли бы их принять, если бы не данные экспериментов. С появлением технологий, позволяющих заглянуть на атомный уровень, ученые обнаружили, что внутренняя структура вещества то и дело обманывает ожидания. Детали головоломки складывались поистине волшебным образом.

Человек так устроен, что ему очень трудно представить себе наглядно все, что происходит на тех крошечных масштабах, которые сегодня изучает физика элементарных частиц. «Кирпичики», из которых складывается то, что мы называем веществом, совершенно не похожи на то, что мы воспринимаем при помощи органов чувств. Эти компоненты подчиняются совершенно иным физическим законам. С уменьшением масштабов меняются свойства вещества — они как будто существуют в другой вселенной.

Много путаницы при попытках понять странную внутреннюю структуру вещества возникает оттого, что набор компонентов, существующих в одном масштабе, совершенно не похож на то, что обнаруживается в другом; кроме того, много проблем возникает с определением диапазона линейных размеров, в котором применима та или иная теория. Чтобы до конца понять физический мир, нам необходимо не только знать, что в нем существует, но и точно различать размеры и масштабы, описываемые разными теориями.

Позже мы рассмотрим различные масштабы, действующие в космосе — на самой границе непознанного. Эту главу мы начнем с того, что заглянем внутрь вещества; начав с привычных масштабов, заберемся глубоко в недра материи. От повседневных размеров и масштабов до внутреннего пространства атома (царства квантовой механики) и дальше до планковского масштаба; мы посмотрим, что нам известно на сегодняшний день и как все это согласуется. Отправимся же в путь и исследуем то, что удалось за долгие годы открыть ученым.

Наше путешествие начинается в привычном нам масштабе — том самом, в котором мы живем, пользуемся разными вещами, видим и трогаем их. Неслучайно именно один метр — не одна миллионная его доля и не десять тысяч метров — лучше всего соответствует размеру самого человека. Один метр — это примерно вдвое больше роста младенца и примерно вдвое меньше роста взрослого человека. Согласитесь, было бы странно, если бы базовая единица длины, которой мы пользуемся ежедневно, равнялась длине муравьиной ножки.

Тем не менее стандартная физическая единица, определенная через какого‑то конкретного человека, оказалась бы не слишком полезна, потому что измерительная линейка должна иметь длину, известную и понятную каждому[19]. Поэтому в 1791 г. Французская академия наук установила так называемый стандарт. Метр можно было бы определять либо как длину маятника с полупериодом в одну секунду, либо как одну десятимиллионную длины одной четверти земного меридиана (квадранта, то есть расстояния от экватора до Северного полюса). Ни одно, ни второе определение не имело непосредственного отношения к человеку. Французы просто пытались найти меру, с которой все согласились бы и которой было бы удобно пользоваться. Сошлись на втором определении, чтобы избежать неопределенностей, связанных с небольшими вариациями силы земного притяжения в разных местах.