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

Современное искусство, к примеру работы Эллсуорта Келли или Бриджет Райли, иногда демонстрирует симметрию геометрических форм. В архитектуре Шартрского собора и росписи потолка Сикстинской капеллы тоже искусно использована симметрия (рис. 49).

Однако произведение искусства, как правило, производит наиболее сильное впечатление тогда, когда его симметрия не полна.

РИС. 49. Архитектура Шартрского собора и свод Сикстинской капеллы воплощают в себе принцип симметрии

Японское искусство известно не только изяществом форм, но и очень тонким и взвешенным нарушением симметрии. В японских картинах и расписанных шелковых экранах всегда присутствует четкая ориентация, ведущая глаз зрителя по вполне определенному маршруту (вы можете убедиться в этом, взглянув на рис. 50).

РИС. 50. Японское искусство интересно отчасти своей асимметричностью

Простота — еще один критерий, иногда также связанный с симметрией и способный помочь в оценке красоты. Иногда простота основывается на симметрии, но внутренняя упорядоченность может присутствовать и там, где нет очевидной симметрии. Картины Джейсона Поллока при кажущейся хаотичности обладают внутренней простотой, основанной на плотности красок. Цветовые пятна на них кажутся случайно расположенными, но на самых знаменитых его картинах все цвета присутствуют в строгой гармонии.

Простота в произведении искусства может быть обманчивой. Я однажды попыталась скопировать несколько фрагментов Матисса — детали простейших его работ, написанных в те времена, когда художник был уже стар и слаб. Тем не менее, попытавшись воспроизвести их, я поняла, что эти работы не так уж просты — по крайней мере для моей неумелой руки. Простые элементы могут воплощать в себе более четкую структуру, чем представляется на первый, поверхностный, взгляд.

Во всяком случае, красота заключена не только в простых базовых формах. Некоторые признанные шедевры искусства, такие как работы Тициана или Рафаэля, представляют собой сложные полотна с множеством внутренних элементов. В конце концов, идеальная простота может оказаться отупляющей. Нам нужно что‑то простое — но не настолько, чтобы быть скучным. Мир, судя по всему, устроен примерно так же.

Сформулировать эстетические критерии очень трудно. В науке, как и в искусстве, есть объединяющие темы, но нет абсолюта. Тем не менее эстетические критерии в науке полезны. Они помогают выявлять направление исследований, хотя и не дают гарантии успеха.

Эстетические критерии, применяемые в науке, похожи на те, что мы обрисовали для искусства. Симметрия, безусловно, играет в них важную роль. Интересно, что, как и в искусстве, симметрия в науке обычно относительна. Лучшие научные описания, как правило, отдают дань изяществу симметричных теорий, но предусматривают и нарушения симметрии, необходимые для корректного прогнозирования событий в окружающем нас мире. Нарушение симметрии обогащает концепции, к которым относится, и придает им дополнительные объяснительные возможности. И, как часто бывает в искусстве, теории, связанные с нарушением симметрии, могут быть куда красивее, чем те, что полностью сбалансированы.

Прекрасный пример тому — механизм Хиггса, отвечающий за массы элементарных частиц. Он красноречиво объясняет, как может быть нарушена симметрия, связанная со слабым взаимодействием. Мы еще не обнаружили бозон Хиггса — частицу, которая неопровержимо доказала бы верность этой концепции[51]. Но эта теория так красива, что большинство физиков уверены в том, что она верно описывает природу.

Простота — еще один важный субъективный критерий, который используют физики–теоретики. В глубине души все мы верим, что в основе сложных наблюдаемых явлений лежат простые правила и элементы. Поиск простых базовых элементов, из которых состоит все вокруг, начался отнюдь не вчера. Еще в Древней Греции Платон представлял себе идеальные объекты — геометрические формы — и идеальных существ, к которым земные объекты и существа могут лишь приблизиться. Религии тоже нередко постулируют существование более совершенных и цельных субстанций, не встроенных в реальность, но каким‑то образом с ней связанных. Даже история изгнания наших предков из Райского сада предполагает, что когда‑то мир был идеальным. Вопросы, к которым обращается современная физика, и ее методы очень отличаются от тех, что были у наших предков; тем не менее многие физики и сегодня заняты поисками простого объяснения Вселенной — не в философском или религиозном смысле, а в плане фундаментальных элементов, составляющих основу нашего мира.

Поиск базовой научной истины часто подразумевает поиск простых элементов, из которых можно объяснить сложные явления, наблюдаемые в мире. Такие исследования нередко включают в себя поиск моделей и организационных принципов. Большинство ученых считают перспективными только изящные и лаконичные гипотезы. Кроме того, точка с минимумом исходных данных имеет дополнительные преимущества: она обещает максимум предсказательной силы. Рассматривая новые гипотезы об основаниях Стандартной модели, мы, как правило, скептически относимся к моделям слишком громоздким.

Опять же, как в искусстве, физические теории могут быть просты сами по себе, а могут представлять собой сложные композиции, составленные из простых и предсказуемых элементов. Конечный результат, разумеется, не всегда получается простым, даже если просты исходные компоненты, а иногда и правила, которым они подчиняются.

Крайнее проявление подобных стремлений — поиск единой теории, которая состояла бы всего из нескольких простых элементов и подчинялась небольшому набору правил. Это амбициозная,. чтобы не сказать дерзкая, задача. Ясно, что на пути к достижению этой цели нас ждут очевидные препятствия, не позволяющие нам легко отыскать элегантную теорию, которая объяснила бы все без исключения наблюдаемые факты: в мире вокруг мы видим лишь малую часть того, что должна воплощать в себе такая теория. Единая теория, или теория всего, будучи простой и элегантной, должна обладать достаточной глубиной, чтобы охватывать все. Конечно, каждому хотелось бы верить в существование единственной простой и красивой теории, составляющей фундамент всей физики. Однако Вселенная не так чиста, проста и упорядочена, как наши теории. Даже если единая трактовка возможна, потребуется огромное количество исследований, чтобы связать ее со сложными явлениями, которые мы наблюдаем в окружающем мире.

Иногда в суждениях о красоте мы заходим слишком далеко. Наши студенты любят пошутить в адрес профессоров, которые то и дело называют понятные ученым явления «тривиальными», вне зависимости от того, насколько те на самом деле сложны. Конечно, профессор хорошо знает ответ, и базовые элементы, и логику рассуждений, но студенты‑то в аудитории ничего этого не знают. Много позже, когда они научатся раскладывать задачу на простые составляющие, она и для них, возможно, станет тривиальной. Но сначала им придется попотеть.