Шон Кэрролл - Вечность. В поисках окончательной теории времени

Однако его депрессия носила перемежающийся характер; всего лишь за несколько месяцев до смерти он написал и разослал друзьям увлекательный и полный энтузиазма отчет о совершенной годом ранее поездке в Америку с целью прочесть лекцию в Калифорнийском университете в Беркли. Больцман называл Калифорнию «Эльдорадо», но находил американскую воду непригодной для питья, поэтому пил только пиво и вино. Это вызывало определенные сложности, так как в то время в Америке было очень сильно движение трезвенников, и в Беркли, в частности, было не купить алкогольных напитков. В своем отчете Больцман припоминает множество попыток тайком пронести вино в разные заведения, где оно было запрещено. [197]Мы, вероятно, так никогда и не узнаем, какая комбинация слабого здоровья, депрессии и научных противоречий подтолкнула его сделать последний шаг.

Что касается вопроса существования атомов и их пригодности для понимания свойств макроскопических объектов, то все оставшиеся сомнения в правоте Больцмана были развеяны вскоре после его смерти. В одной из своих работ, сделанных в его «чудесном» 1905 году, Альберт Эйнштейн объясняет броуновское движение (кажущиеся случайными перемещения крохотных частиц, находящихся в воздухе) в терминах столкновений с отдельными атомами; этому труду удалось одержать победу над скептицизмом, оставшимся в кругах физиков.

Разумеется, нам еще предстоит дать ответы на множество вопросов о природе энтропии и втором начале термодинамики. Когда речь заходит об объяснении низкой энтропии ранней Вселенной, мы не можем сказать «Больцман был прав», так как он предложил целый набор разнообразных возможностей, так и не выбрав среди них единственный, по его мнению, верный вариант. Однако он определил направления дальнейших дискуссий и споров, и мы все еще скрещиваем копья над вопросами, над которыми он ломал голову более века назад. Глава 11. Квантовое время

Лишь в общем мнении существует сладкое, в мнении – кислое, в мнении – теплое, в мнении – холодное, в мнении – цвет; в действительности же существуют только атомы и пустота.

Демокрит [198]

Многие из тех, кто в университете прослушал начальный курс физики, могут не согласиться с заявлением о том, что ньютоновскую механику мы понимаем на интуитивном уровне. Единственная ассоциация, которую вызывает у них этот предмет, – это безумная карусель блоков, векторов и наклонных плоскостей, и им никогда бы даже в голову не пришло назвать его «интуитивно понятным».

Однако хотя сам процесс выполнения расчетов в рамках ньютоновской механики – решение домашнего задания или отправка астронавтов на Луну – может быть невыносимо сложным, лежащие в его основе понятия на самом деле довольно просты. Мир сделан из осязаемых вещей, которые мы можем видеть и распознавать: бильярдных шаров, планет, подъемных блоков. Эти вещи оказывают воздействие или сталкиваются друг с другом, и под влиянием подобных воздействий направление и скорость их движения меняются. Если бы демону Лапласа были известны положения и импульсы всех частиц во Вселенной, он мог бы абсолютно точно предсказывать прошлое и будущее. Мы знаем, что это за пределами наших возможностей, однако вполне в наших силах вообразить, что нам известны положения и импульсы нескольких бильярдных шаров на лишенном трения столе, и, по крайней мере в принципе, мы можем представить выполнение соответствующих математических расчетов. После этого дело остается за экстраполяцией и отвагой, и мы сможем объять всю Вселенную.

Физики, желающие подчеркнуть, что это не просто набор каких-то законов, сформулированных Ньютоном, называют ньютоновскую механику «классической» механикой. Классическая механика – это способ мышления о глубинной структуре мира. Разные типы объектов – бейсбольные мячи, молекулы газа, электромагнитные волны – подчиняются разным правилам, но все эти правила по своей структуре однотипны. Суть сходства в том, что у любого объекта есть определенного рода «положение» и определенного рода «импульс», и на основе этой информации можно предсказывать, что будет происходить дальше.

Подобная структура повторяется во множестве контекстов: собственная теория гравитации Ньютона, разработанная Максвеллом теория XIX века об электричестве и магнетизме и общая теория относительности Эйнштейна вписываются в рамки этого шаблона. Классическую механику нельзя назвать еще одной теорией; это парадигма, способ концептуализации сути физической теории, продемонстрировавший поразительный масштаб успеха при применении на эмпирическом уровне. После публикации Ньютоном в 1687 году его шедевра Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica («Математические начала натуральной философии») стало практически невозможно вообразить, что физикой можно заниматься как-то по-другому. Мир сделан из тел, характеризующихся положениями и импульсами, которые перемещаются под воздействием определенных наборов сил; задачей физики было классифицировать эти тела по типам и выяснить, что за силы на них действуют. На этом ее работа должна была быть закончена.

Тем не менее мы с вами уже знаем, что не все так просто и классическая механика неверна. В первые десятилетия XX века физикам, пытающимся разобраться в поведении материи в микроскопических масштабах, пришлось постепенно смириться с мыслью о том, что старые правила придется объявить недействительными и заменить чем-то еще. Этим чем-то еще стала квантовая механика – возможно, величайший триумф человеческого разума и воображения за всю историю. Квантовая механика предлагает картину мира, радикально отличающуюся от картины, создаваемой классической механикой, и ученые никогда всерьез не задумались бы о ней, если бы экспериментальные данные не исключали любые другие варианты. Сегодня квантовая механика наслаждается статусом, который с гордостью носила классическая механика на заре XX века: она с успехом прошла множество эмпирических проверок, и большинство исследователей согласны, что окончательные законы физики должны быть квантово-механическими по природе.

Однако, несмотря на такой триумф, квантовая механика остается чрезвычайно загадочным предметом. Физики полностью доверяют квантовой механике в смысле практического применения: они строят теории, делают предсказания и экспериментально проверяют теоретические результаты, не встречая на этом пути никаких двусмысленностей или неопределенностей. Тем не менее мы до сих пор не можем быть до конца уверены, знаем ли мы, что такое в действительности квантовая механика. Есть одно солидное направление интеллектуальной деятельности, на которое тратят свои силы и время немало талантливых ученых и философов. Это направление известно под названием «интерпретация квантовой механики». Столетие назад не было никакой «интерпретации классической механики» – классическая механика достаточно проста и понятна, для того чтобы ее интерпретация не требовала особых усилий. Но что касается квантовой механики, нам пока неясно, как же правильно думать и говорить о ней.