Стивен Вайнберг - Объясняя мир. Истоки современной науки

Таким образом, биология присоединилась к химии в обобщенном взгляде на природу, основанном на физике. Но важно признавать и границы этого обобщения. Никто не собирается замещать язык и методы биологии описанием живых существ так, как описывают отдельные молекулы, не говоря уж о кварках и электронах. С одной стороны, живые существа слишком сложны для такого описания, гораздо сложнее огромных молекул в органической химии. Что более важно, даже если бы мы могли проследить движение каждого атома в животном или растении, то при таком исследовании мы утратили бы огромное количество информации, которая нас интересует. Было бы неясно, что перед нами: лев, охотящийся на антилопу, или цветок, привлекающий к себе пчел.

В отличие от химии, в биологии, как и в геологии, существует другая проблема. Живые существа стали тем, что они есть, не только благодаря законам физики, но также благодаря огромному количеству случайных исторических событий, начиная с падения метеорита, который врезался в Землю 65 млн лет назад, с мощью, достаточной, чтобы уничтожить динозавров, и заканчивая тем, что Земля оказалась на определенном расстоянии от Солнца и изначально имела определенный химический состав. Мы можем изучать некоторые из этих событий статистическими методами, но только в комплексе. Кеплер был не прав: никто никогда не мог бы вычислить расстояние от Земли до Солнца, используя только лишь законы физики. То, что мы называем объединением биологии с остальными науками, значит только то, что законы биологии не могут существовать обособленно, так же как и в еще большей мере законы геологии. Любой общий принцип биологии стал таким, каков он есть, благодаря действию фундаментальных законов физики в совокупности с фактором случайных событий прошлого, которые по определению не могут быть объяснены.

Точку зрению, описанную здесь, называют (часто с неодобрением) редукционизмом , или упрощенчеством. Даже среди физиков существует оппозиция редукционизму. Физики, которые изучают жидкости или твердые тела, очень часто ссылаются на эмерджентность , то есть случаи появления в описании макроскопического явления таких концепций, как теплота или фазовый переход, которым нет соответствия в физике элементарных частиц и которые не зависят от особенностей элементарных частиц. Например, термодинамика, наука о теплоте, имеет приложение ко многим системам (не только к тем, о которых говорили Максвелл и Больцман, – состоящим из огромного количества молекул, но и к поверхностям гигантских черных дыр. Но она не приложима ко всему, и, когда мы спрашиваем, можно ли применить ее к данной системе и, если да, то почему, мы должны обращаться к более глубоким, в действительности фундаментальным принципам физики. Редукционизм в этом смысле – не программа по реформированию научной практики. Это точка зрения на то, почему мир является таким, каков он есть.

Мы не знаем, как долго наука будет двигаться по этому редукционному пути. Мы можем дойти до точки, где дальнейший прогресс станет невозможным для нашего вида. В настоящий момент представляется, что может существовать масса примерно в миллион триллионов раз больше, чем масса атома водорода, в котором гравитация и другие силы, в том числе и еще не изученные, сливаются воедино силами, представленными в Стандартной модели (эта единица называется планковской массой ; это масса, которой должны были бы обладать частицы, чтобы их взаимное гравитационное притяжение было таким же, как электрическое отталкивание между двумя электронами на тех же расстояниях). Даже если бы все экономические ресурсы человеческой цивилизации были бы полностью в распоряжении физиков, мы сейчас не можем и мечтать о том, чтобы каким-то образом создать частицы с такой огромной массой в наших лабораториях.

В другом случае у нас могут исчерпаться интеллектуальные ресурсы – человечество может оказаться недостаточно умным, чтобы понять в действительности фундаментальные законы физики. Или мы можем наткнуться на явление, которое в принципе не может быть включено в унифицированную общую структуру всех наук. Например, хотя мы, возможно, придем к пониманию процессов в головном мозге, отвечающих за работу сознания, едва ли когда-нибудь мы сможем описать мысли и чувства в физических терминах.

Как бы то ни было, мы прошли длинный путь по этой дороге и все еще не добрались до ее конца {291}. Прошлое хранит память и великие истории о том, как небесная и земная физика были объединены Ньютоном, как единая теория электричества и магнетизма поднялась в развитии до объяснения природы света, как квантовая теория электромагнетизма расширилась до того, что включила в себя слабые и сильные взаимодействия внутри атомного ядра и как химия и даже биология были включены в обобщенную, хотя и неполную картину мира, основанную на физике. Теперь дело за более фундаментальной физической теорией, которая упростит огромное количество научных принципов, которые мы уже открыли и открываем сейчас.

Я был счастлив принять помощь от нескольких именитых ученых: классициста Джима Хэнкинсона и историков Брюса Ханта и Джорджа Смита. Они прочли почти всю книгу, и я сделал исправления, основываясь на их замечаниях. Я глубоко признателен за эту помощь. Также я в неоплатном долгу перед Луизой Вайнберг за бесценные критические комментарии и предложенные ею строки Джона Донна, которые теперь украшают обложку и титульный лист этой книги. Также благодарю Питера Дира, Оуэна Гингерига, Альберто Мартинеса, Сэма Швебера и Пола Вудрафа за советы по отдельным темам. В конце концов хочу принести горячую благодарность за моральную поддержку и хороший совет моему мудрому агенту Мортону Дженклоу и моим прекрасным редакторам в издательстве Harper Collins – Тиму Даггану и Эмили Каннингем.

Приведенные ниже замечания объясняют научную и математическую основу многих исторических открытий, которые обсуждались в книге. Читатели, которые изучали алгебру и геометрию в старших классах школы и не полностью их забыли, не должны испытывать затруднений при чтении технических замечаний. Но я попытался организовать книгу таким образом, чтобы читатели, которые не интересуются техническими деталями, могли бы пропустить эти замечания и тем не менее понимать основной текст.

Хочу предупредить, что математический аппарат, используемый в замечаниях, не обязательно соответствует своему времени. От Фалеса до Ньютона стиль математики, применяющейся к решению физических задач, был куда более геометрическим и менее алгебраическим, чем это принято сегодня. Проанализировать эти задачи в таком геометрическом стиле было бы трудно для меня и утомительно для читателя. В этих замечаниях я покажу, как результаты, полученные натурфилософами прошлого, были дополнены (или, в некоторых случаях, не были) наблюдениями и предположениями, на которые они опираются, но я не буду пытаться достоверно воспроизвести детали всех рассуждений.