Шон Кэрролл - Вселенная

В предыдущей главе мы пришли к выводу о том, что мир «как он есть» — это квантовая волновая функция. Волновая функция — это суперпозиция конфигураций материи. Далее встаёт такой вопрос: функцией от чего является волновая функция? В контексте нашей повседневной жизни на этот вопрос можно ответить так: «От фермионных и бозонных полей Базовой теории».

* * *

Для того чтобы почти полностью описать нашу повседневную жизнь, нам не нужен практически весь аппарат Базовой теории. Сравнительно тяжёлые фермионы очень быстро распадаются. В основе всего лежит поле Хиггса, но, чтобы породить сам бозон Хиггса — частицу, которую мы наблюдаем, когда поле Хиггса начинает вибрировать, — нужен ускоритель частиц стоимостью порядка 10 миллиардов долларов, такой как Большой адронный коллайдер, расположенный в швейцарской Женеве. И эта частица всё равно распадается примерно через одну зептосекунду. Нас повсюду окружают нейтрино, но слабое ядерное взаимодействие настолько мало́, что обнаружить их очень сложно. Солнце излучает нейтрино сплошным потоком, так что каждую секунду через ваше тело пролетает около ста триллионов этих частиц, но, подозреваю, вы этого ни разу не почувствовали.

Практически весь эмпирический опыт слагается из минимального количества составляющих. Это различные атомные ядра, которые перечислены в таблице Менделеева; вьющиеся вокруг них электроны, а также две дальнодействующие силы, обеспечивающие взаимодействия всех этих частиц, — гравитация и электромагнетизм. Если вы хотите описать всё, что происходит в скалах и лужицах, ананасах и броненосцах, — то это всё, что вам потребуется. А гравитация, следует признать, довольно проста. Все тела взаимно притягиваются. Все реальные структуры и сложность, наблюдаемая в мире, порождаются электронами (и тем фактом, что они не могут примыкать друг к другу), взаимодействующими с ядром и с другими электронами.

Разумеется, есть и исключения. Слабое ядерное взаимодействие играет важную роль при термоядерном синтезе, благодаря которому горит Солнце, поэтому без слабого взаимодействия нам не обойтись. Мюоны — сравнительно тяжёлые частицы, напоминающие электроны, — могут образовываться, когда космические лучи бомбардируют земную атмосферу; при этом они могут влиять на скорость мутаций в ДНК и, следовательно, на биологическую эволюцию. Важно учитывать эти и другие феномены — и Базовая теория отслеживает их с поразительным успехом. Однако львиная доля всего, что происходит в жизни, связана с гравитацией и электромагнетизмом, под влиянием которых движутся электроны и ядра.

Мы можем быть уверены, что Базовая теория, описывающая все сущности и процессы, с которыми нам доводилось сталкиваться в жизни, верна . Через тысячи лет мы узнаем много нового о фундаментальной природе физических процессов, но по-прежнему будем использовать Базовую теорию, рассуждая о данном, конкретном уровне реальности. С точки зрения поэтического натурализма существует одна трактовка реальности, которую мы можем с уверенностью изложить в чётко определённой области применения. Метафизической уверенности в этом быть не может, поскольку это нельзя доказать математически — наука никогда ничего не доказывает. Тем не менее с точки зрения любого добросовестного байесовского рассуждения с огромной вероятностью представляется, что всё именно так. Нам полностью известны те физические законы, которые лежат в основе повседневной реальности.

Квантовая теория поля — невероятно мощный научный аппарат. Если бы можно было себе представить, что каркас какой-либо физической теории мог бы родиться от союза Годзиллы и Халка, то речь шла бы именно о квантовой теории поля.

«Мощный» не означает «стирающий в пыль целые города». (Хотя квантовая теория поля именно такова, поскольку лишь она позволяет описать, как одна частица превращается в другую, а такой процесс — важнейший аспект ядерных реакций и, следовательно, атомного оружия.) В контексте научных теорий «мощная» на самом деле означает «строгая» — согласно по-настоящему мощной теории, многие вещи просто не могут произойти. Сила, о которой мы здесь говорим, — это возможность начать с минимального числа посылок и прийти к таким выводам, которые будут надёжны и широко применимы. Квантовая теория поля не сносит здания, попадающиеся ей на пути; она крушит наши спекуляции о том, какие явления возможны в физической реальности.

Сейчас мы сделаем очень дерзкое заявление.

Заявление:физические законы, лежащие в основе повседневной реальности, полностью известны.

Подобное заявление сразу вызывает изрядный скепсис. Оно нахальное, самодовольное, причём кажется, что вполне реально можно себе представить, в каких отношениях наша картина мира может оказаться удручающе неполной. Такое заявление до боли напоминает многочисленные исторические примеры, когда тот или иной великий мыслитель хвастал, что путь к исчерпывающим знаниям близится к концу. Всякий раз такие заявления оказывались смехотворно преждевременными.

Однако мы утверждаем, что нам известны не все законы физики, а лишь их ограниченное множество, достаточное для описания всего, что происходит в нашей повседневной жизни. Даже такая формулировка кажется весьма самонадеянной. Наверняка должны существовать многочисленные возможности добавлять в Базовую теорию новые частицы и взаимодействия, которые могут оказаться важны для обыденной физики, и, если уж на то пошло, открывать совершенно новые явления, полностью выходящие за рамки квантовой теории поля. Верно?

Нет. Ситуация теперь на самом деле иная, нежели всё, что было когда-либо в истории науки. Мало того, что у нас есть успешная теория, мы к тому же знаем, как далеко может распространиться эта теория, прежде чем в ней можно будет усомниться. Да, просто квантовая теория поля настолько мощная.

* * *

В основе нашего дерзкого заявления лежит простая логика.

1. Всё, что мы знаем, свидетельствует о том, что квантовая теория поля — адекватный аппарат, позволяющий описывать физику повседневности.

2. Законы квантовой теории поля подразумевают, что уже не могут быть открыты никакие новые частицы, силы или взаимодействия, которые были бы существенны для нашей повседневной жизни. Мы уже открыли их все.

Может ли квантовая теория поля где-нибудь не сработать? Разумеется. Как хорошие байесовцы, мы вполне усвоили, что лучше не обнулять субъективную вероятность даже в самых крайних случаях. В частности, квантовая теория поля, возможно, не в состоянии полностью описать человеческое поведение, поскольку физика может быть для этого непригодна. Может случиться чудесное вмешательство либо какой-нибудь исходно нефизический феномен, влияющий на свойства физической материи. Никакой научный прогресс никогда полностью не исключит такую возможность. Но мы можем показать, что физика как таковая абсолютно достаточна для описания всего, что мы видим.