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

РИС. 10. Три варианта описания космоса. Птолемей утверждал, что Солнце вместе с Луной и другими планетами обращается вокруг Земли. Коперник утверждал (и верно), что все планеты обращаются вокруг Солнца. Тихо Браге постулировал, что все планеты, кроме Земли, обращаются вокруг Солнца, а само Солнце, как и Луна, обращается вокруг Земли, находящейся в центре Вселенной

Галилей быстро распознал внутренне противоречивую природу интерпретации Тихо Браге и пришел к верному и наиболее универсальному выводу. Соперник Ньютона Роберт Гук позже заметил, что и теория Коперника, и концепция Тихо Браге пре красно согласовывались с данными Галилея, но одна из них была более элегантной: «С точки зрения пропорций и гармонии Мира невозможно не согласиться с аргументами Коперника». Интуиция правильно подсказывала Галилею, что верна должна быть более красивая теория. В конце концов, когда ньютонова теория гравитации объяснила непротиворечивость устройства мира по Копернику и предсказала орбиты планет, интерпретация Галилея победила. Теория Тихо Браге, как и теория Птолемея, оказалась неверной. Она не вошла в позднейшие теории, потому что это было невозможно. Если эффективная теория, по существу, представляет собой приближенный вариант истинной теории, взятой при определенных ограничениях, то здесь не так: никакое приближение теории Коперника не дает нам ни одной из некоперниковых картин мира.

Как показала неудача теории Тихо Браге — и подтвердила физика Ньютона, — субъективный критерий экономности и красоты тоже может сыграть существенную роль в первоначальной научной интерпретации. Исследования подразумевают поиск законов и принципов, которые охватили бы и объяснили наблюдаемые структуры и взаимодействия. Если в распоряжении ученых имеется достаточное количество наблюдаемых данных, то в конце концов побеждает та теория, которая включает в себя все результаты и при этом обеспечивает базу для новых предсказаний. А вот на одной логике далеко не уедешь, и специалисты по физике элементарных частиц очень хорошо это знают: не зря им приходится ждать новых экспериментальных данных, которые помогут окончательно определить наши представления о фундаментальной природе Вселенной.

Галилей много сделал для создания фундамента, на котором и по сей день работают ученые. Он инициировал медленный процесс развития, знание которого помогает лучше понять природу науки (в частности, то, как при помощи непрямых наблюдений и экспериментов получать верные описания физических явлений), а также некоторые серьезные вопросы, которые ставят сегодня перед собой физики. Современная наука пытается согласовать наблюдения с теорией при помощи открытий и новшеств, которыми мы обязаны Галилею, — мы применяем и технические средства, и эксперименты, и теории, и математический аппарат. Главное, Галилей сумел распознать важность взаимодействия всех этих элементов науки в формировании физического описания мира.

Сегодня мы более свободны в своем мышлении. Исследуя далекие пределы пространства, мы наблюдаем, как развивается начатая Коперником революция, как возникают новые теории о возможных дополнительных измерениях или альтернативных вселенных. Новые идеи не проходят бесследно — человек все дальше и дальше уходит от представления о себе как о центре мироздания и в буквальном, и в переносном смысле. А в будущем наблюдения и эксперименты либо подтвердят, либо опровергнут наши предположения.

Непрямые методы наблюдений, впервые предложенные Галилеем, сегодня находят новое применение в сложнейших датчиках Большого адронного коллайдера. Завершающий экспонат падуанской выставки проиллюстрировал для нас эволюцию науки вплоть до сегодняшнего дня; на нем даже были представлены некоторые эксперименты, запланированные на БАКе. Наш гид признался, что все эти описания казались ему слишком сложными, путаными и непонятными, пока он не понял, что БАК — это предельное на сегодняшний день воплощение микроскопа, позволяющее заглянуть в самые мелкие из доступных человеку масштабов.

И сегодня, когда мы осваиваем новые пределы точности измерений, мысли Галилея о том, как следует планировать эксперименты и интерпретировать их результаты, сохраняют свою актуальность. Его наследие живет, пока мы продолжаем создавать устройства и получать с их помощью изображения объектов, невидимые невооруженным глазом. Мы и сегодня действуем в соответствии с его взглядами на то, как работают научные методы: чтобы подтвердить или опровергнуть новую научную гипотезу, мы ставим эксперименты. Участники конференции в Падуе размышляли о том, какие новые данные принесет нам ближайшее время и что, собственно, эти данные могут означать. Мы все надеемся, что науке в очередной раз удастся расширить пределы человеческих знаний. А пока продолжаем стучаться в двери небес.

В феврале 2008 г. поэтесса Катарина Коулз и биолог и математик Фред Адлер (оба из Университета Юты в Солт–Лейк–Сити) организовали междисциплинарную конференцию под названием «Вселенная в песчинке» (A Universe in a Grain of Sand). Темой встречи стала роль масштаба в различных научных дисциплинах. Такая конференция, естественно, только выигрывала от разнообразия интересов участников и выступающих, поэтому здесь собрались представители самых разных областей. Как разделить наблюдения по категориям в соответствии с исследуемыми масштабами, чтобы разобраться в них, организовать и вновь свести воедино? В обсуждение этой темы все наши эксперты — а там были физик, архитектурный критик и профессор английского языка — могли внести свой вклад.

Во вступительной речи литературный критик и поэт Линда Грегерсон назвала нашу Вселенную «совершенной». Это слово точно характеризует то, что делает Вселенную такой чудесной и одновременно неприступной. Очень многое в ней лежит, судя по всему, за пределами нашей досягаемости и нашего понимания, — и в то же время достаточно близко, чтобы дразнить и манить нас: войдите и разберитесь. При любом подходе к знаниям главное — сделать малодоступные аспекты Вселенной более понятными. Человек жаждет научиться читать и понимать книгу природы; он хочет согласовать полученные знания со своими представлениями об окружающем мире.

Человечество в своих попытках разгадать тайны жизни и окружающего мира пользуется различными методами и стремится к разным целям. Искусство, наука и религия, хоть и связаны, возможно, с одними и теми же творческими импульсами, предлагают разные подходы к исследованию белых пятен нашего мировосприятия.