Стивен Вайнберг - Всё ещё неизвестная Вселенная. Мысли о физике, искусстве и кризисе науке

В 1920-е гг. появление квантовой механики сильно усложнило соблюдение принципа причинно-следственной связи. Если мы точно знаем, где возникла частица, тогда, согласно квантово-механическому принципу неопределенности, мы ничего не можем знать о скорости частицы. Поэтому, по крайней мере на очень короткое время, скорость частицы может превысить скорость света. Мы все еще можем избежать нарушения причинно-следственной связи, но только в том случае, если в теории допустимы хитроумные сокращения. Построить такие релятивистские квантовые теории, в которых происходят подобные сокращения, — задача нетривиальная. Среди прочего необходимо, чтобы каждому типу заряженных частиц, которые описываются такой теорией, соответствовал другой тип частиц с теми же массой и спином, но с противоположным по знаку зарядом, то есть для каждой частицы должна существовать своя античастица. В итоге ограничение, которое усложняет нашу работу, помимо этого указывает на важный факт о строении природы, а именно на существование антиматерии.

Есть и еще одно внутреннее ограничение, которому должна следовать любая квантово-механическая теория. Обычно квантовая механика позволяет нам рассчитать только вероятности получения различных результатов при заданных начальных условиях. Чтобы любая хорошая теория имела смысл, она должна удовлетворять условию, при котором результаты теоретического расчета вероятностей любых событий, которые могут произойти в заданных обстоятельствах, представляли собой конечные положительные числа, дающие в сумме 100 %, в том числе для недостижимых на практике начальных условий. Никакое событие не может иметь вероятность больше 100 % или меньше нуля. Однако построить квантово-механическую теорию, которая удовлетворяла бы этому требованию, не так-то просто. Если об этом не позаботиться, то рассчитанные вероятности могут обернуться отрицательными числами или даже устремиться к бесконечности. (Особенно затруднительно обеспечить выполнение этого условия в релятивистских квантовых теориях, поскольку различные ухищрения, которые можно было бы использовать для того, чтобы теория гарантированно давала конечные значения вероятностей, обычно также приводят к нарушению причинно-следственной связи.) Необходимость исключить такие абсурдные результаты (зачастую для процессов вроде рассеяния нейтрино на нейтрино, которые невозможно исследовать экспериментально) стала важным ключом к построению Стандартной модели элементарных частиц.

Внутренние ограничения существуют и в художественном творчестве. Очевиднее всего они проявляются в архитектуре, в которой по крайней мере должно выполняться требование о надежности проектируемых зданий. Разрушение сооружения, подобное обрушению собора Святого Петра в 1284 г., вполне подходящая аналогия получения бесконечного значения вероятности или нарушения причинно-следственной связи в физической теории. На протяжении тысячелетий архитекторы решали сложные задачи проектирования больших и надежных сооружений. Камни и кирпичи очень хорошо сопротивляются сжатию, например под собственным весом в вертикальной стене, но раствор, скрепляющий их, не может выдерживать большие нагрузки. Невозможно построить крышу или перекрытие большой площади, выкладывая горизонтальную стену из кирпичей или камней. Даже вертикальная каменная стена, скорее всего, развалится, если приложить к ней значительную боковую силу. Для решения этой проблемы архитекторы совершенствовали конструкцию куполов и арок, развивали технологии использования замковых камней, контрфорсов и других приспособлений, преобразующих сдвиговые напряжения в сжимающие. Оказалось, что эти архитектурные решения не только приносят пользу, но еще и украшают постройки. Они вдохновляют архитекторов и доставляют удовольствие людям, которые видят результат такой работы. Разглядывание купола Пантеона или системы контрфорсов собора Нотр-Дам-де-Пари заставляет нас отчетливо почувствовать силу, передаваемую с огромных высот вниз на землю, и ощущение этой победы над гравитацией является неотъемлемой частью того чувства наслаждения, которое вызывают в нас эти сооружения.

Все эти архитектурные решения во многом потеряли свою значимость после появления конструкционной стали и железобетона — материалов, которые очень хорошо сопротивляются сдвиговым напряжениям. Тем не менее использование новых материалов не избавило архитекторов от всех ограничений. Боковые силы, действующие на конструкцию высотных зданий, огромны, а сталь дорога, поэтому возникла новая задача эффективного использования материалов, при котором сооружения сохранят свою надежность без непомерного повышения их стоимости. К несчастью для архитектурной эстетики, разумно спроектированные стальные каркасы высотных зданий сейчас обычно скрыты за облицовочными материалами — кирпичом, камнем или стеклом, — которые играют весьма незначительную роль в конструкционной надежности сооружений [131] Существуют и исключения, например Центр Джона Хэнкока в Чикаго, но их немного. Я должен признать также, что великие архитекторы прошлого, скажем Брунеллески, иногда изо всех сил старались спрятать свои конструктивные решения. . «Международный стиль», который просто вобрал в себя эти ограничения, при всей своей элегантности вскоре наскучил, и теперь архитекторы добиваются общественного одобрения не за счет искусства сооружения конструкций, а за счет демонстрации своего новаторства в деталях, которые не относятся к новым конструкционным решениям. Сегодня мы можем с удовольствием оценить искусство постройки больших современных сооружений, только когда смотрим на некоторые мосты или купольные спортивные арены и восхищаемся тем, как такие конструкции не падают.

Искусство скульптуры тоже подвержено ограничениям, связанным с природой используемого скульпторами материала. Йейтс так представлял себе работу скульптора с несовершенным куском ляпис-лазури:

Не только скульпторы вдохновляются трещинами, впадинами или выцветанием своих материалов; нам тоже доставляет удовольствие наблюдать за тем, как искусно они превращают эти изъяны в красоту. Да, для создания произведения искусства требуется не только высокое мастерство, но без него нам тоже не обойтись. В своей пьесе «Художник, спускающийся по лестнице» Том Стоппард устами одного из действующих лиц говорит: «Способности без воображения свойственны ремесленникам: это полезные люди, которые снабжают нас множеством полезных вещей — например, плетеными корзинками для пикников. Воображение без способностей — особенность современного искусства» [133] Цит. по: Стоппард Т. Розенкранц и Гильденстерн мертвы. — М.: Иностранка, 2006. .