Десять великих идей науки. Как устроен наш мир.
Шрифт:
Я коснулся сдвигов парадигм в науке. Существуют два из них, которые находятся очень близко от нашего дома, которые уже среди нас и стучатся в самое сердце науки.
С появлением компьютеров и их способности производить численные расчеты огромного объема с огромной скоростью, мы наблюдаем сдвиг от анализа — построения и решения уравнений — к численным расчетам. При использовании данного обстоятельства должным образом, это сдвиг плодотворен, поскольку он увеличивает богатство возможностей, находящихся в распоряжении ученых, которые теперь, вместо того чтобы разводить руками, когда теория подбрасывает им нерешаемые задачи, могут загружать эти задачи в компьютер и анализировать все их следствия. Мы теперь знаем, что совсем крошечные и с виду безобидные уравнения могут иметь чрезвычайные последствия. Нам остается лишь
Однако здесь существуют две опасности. Одна из них тривиальна: мы можем прибегнуть к численным расчетам, когда аналитическое решение может быть найдено при затрате несколько большего труда. Это лень, и хотя она вызывает сожаление у нас, возносившихся к красотам аналитических выражений, возможно, это не особенно важно. Вторая опасность глубже: обращение к численным решениям может удалить нас от понимания. Когда найдено аналитическое решение, мы можем достичь пониманиярезультата, поскольку в принципе мы можем понять каждый шаг в цепочке аргументов, ведущих к решению. Когда же найден численный результат, у нас меньше промежуточных возможностей понимания между семенем (уравнением) и всходом, и мы не ощущаем, что этот результат является столь же важной частью нашего бытия, как и результат, получаемый шаг за шагом в процессе аналитического вывода. Тем не менее лучше получить численный результат, чем вообще никакого, и с течением времени мы будем находить это положение дел все более удобным, и обнаружим способы ассимиляции численных расчетов. Спасительным и привлекательным качеством таких расчетов является, конечно, тот чудесный способ, которым теперь можно воспользоваться, чтобы предъявить их содержание в графическом виде. В настоящее время мы находимся в середине перехода от созерцания красоты элегантных аналитических решений к созерцанию красоты элегантных изображений решений численных.
Второй сдвиг таков, что его надо считать чреватым гораздо более серьезной опасностью. В ряде мест этого текста я уже упоминал, что в определенных случаях наука осторожно освобождается от признака, который был ее основным ресурсом: реального эксперимента. Существуют определенные эксперименты, которые всегда будут выходить за рамки космологии, иногда потому, что они требуют энергии космических масштабов, а иногда потому, что мы, по-видимому, ограничены наблюдениями лишь одной предсуществующей Вселенной. В главе 6 я приводил теорию струн, в качестве примера теории, которая выглядит не поддающейся экспериментальной проверке.
Существуют по крайней мере две реакции на это освобождение от возможности провести эксперимент. Одна состоит в том, чтобы считать все такие непроверяемые теории находящимися за пределами науки и не принимать их более в качестве указателей истины, как и любое из сообщений Аристотеля. Здесь Галилей укоряюще и предостерегающе качает своим перстом. Это занимательная интеллектуальная деятельность, но не наука. Некоторые определенно придерживаются такой точки зрения на теорию струн. Другие, с гораздо меньшими основаниями, думают то же самое о теории естественного отбора. Альтернатива состоит в том, чтобы считать науку созревшей до такой степени, что непроверяемые теории с осторожностью могут рассматриваться как имеющие силу. Так, если теория объясняет массы фундаментальных частиц и предсказывает трехмерность мира, то ей можно приписать «почетную» обоснованность, несмотря даже на то, что нету никакого известного теоретического или практического способа ее проверки. Такая позиция должна была считаться неприемлемой, когда корпус научных знаний был недостаточным, но теперь — постольку, поскольку это не влечет противоречий с изобилием известных фактов — мы, вероятно, можем с осторожностью признать обоснованность таких непроверяемых теорий. Теперь Галилей подымает свой палец, призывая к осторожности. Если мы настаиваем на верифицируемости, как безусловно имеют право поступать научные пуристы, то ценой, которую придется платить, может быть прекращение научного прогресса в направлении исследования первоосновы; это аргумент, конечно, неприменим к приложениям науки, где, как можно предположить, никогда не будет позволено урезать роль эксперимента на подобном основании.
Я использовал термин «верифицируемость». Это привело меня в соприкосновение с широко известной точкой зрения Карла Поппера, гласящей, что теории никогда не бывают верифицируемыми в прямом смысле этого слова, но должны быть «фальсифицируемыми», если претендуют на то, чтобы их считали научными. То есть должен существовать эксперимент, один из мыслимых исходов которого в принципе мог бы показать, что эта теория ложна. Теория естественного отбора является фальсифицируемой (в противоположность тому, что думают некоторые), поскольку, например, как было отмечено в главе 1, она имеет следствия в молекулярной биологии. Общая теория относительности фальсифицируема, потому что, как мы видели в главе 9, она имеет следствия для движения объектов вблизи тяжелых тел, такие как прецессия орбиты Меркурия и отклонение света галактиками. Закон сохранения энергии и закон возрастания энтропии (первое и второе начала термодинамики) фальсифицируемы, потому что они имеют следствия, помимо прочего, для существования вечных двигателей.
Фальсифицируема ли теория струн? К настоящему моменту она еще слишком неопределенна и не способна дать достаточно хороших предсказаний для того, чтобы судить об этом. Но предположим, что это не так: предположим, что будущая версия М-теории примет форму, в которой предсказываются массы всех фундаментальных частиц, все значения фундаментальных констант и структура пространства-времени, но не предлагается абсолютно никакого иного эксперимента для независимой проверки. Теория не была бы фальсифицируемой, поскольку она точно предсказывала бы все известные фундаментальные свойства Вселенной, и я подозреваю, что мы сформировали бы мнение, согласно которому она является обоснованной и, разумеется, прославленной как апофеоз достижений науки.
Что же будут делать ученые, когда в один прекрасный день ОТВ будет создана и предскажет все известные свойства Вселенной? Некоторые обратят свой взгляд в других направлениях и приложат усилия к усовершенствованию полученной финальной теории. Это даст им работу на вечные времена, при условии, что цивилизация продолжит существование. Но найдутся, однако, и другие, те, кто будет обеспокоен проблемой самосогласованности финальной теории, ибо они будут иметь в виду теорему Гёделя и ее негативные последствия для возможности решения этой проблемы (глава 10). Те же, кого самосогласованность не волнует, будут не спать ночи в тревоге о том, что невозможно доказать единственность финальной теории. Они даже могут обнаружить внешне совершенно иную общую теорию всего, которая будет иметь в точности те же самые следствия, но математический вид их будет не таким как в конкурирующей теории, а значит, их Вселенная будет совершенно отличной от того, что до сих пор о Вселенной предполагалось. Ну что ж, наука есть наука.
Благодарности
Мне приятно выразить благодарность за прочтение частей этой книги и руководство моим умом и пером следующим моим коллегам:
Professor Richard Dawkins, FRS (University of Oxford),
Professor Sir Roger Penrose, OM, FRS (University of Oxford),
Professor Sir Martin Rees, FRS (University of Cambridge),
Professor Sir Michael Berry, FRS (University of Bristol),
Professor Lane Hughston (Kings College, London),
the Revd John Polkinghorne, KBE, FRS (University of Cambridge),
Professor Michael Rowan-Robinson (Imperial College, London), and
Professor Alex Wilkie (University of Oxford).
Их дружеский, мудрый и поддерживавший меня вклад неоценим. Я признателен моему коллеге Найджелу Уилсону, FBA, за перевод надписи на фронтисписе. Мне также приятно поблагодарить за руководство и мудрую поддержку моего редактора Майкла Роджерса.
Почти все иллюстрации я нарисовал сам, но многие из них основаны на опубликованных работах других авторов. Поэтому мне приятно выразить благодарность авторам следующих вдохновлявших меня источников:
1.3, 1.7 Encyclopedia Britannica. 15 edn.
1.5, 1.6, 1.9, 1.12Douglas Futuyama, Evolutionary biology,Sinauer, Sunderland, Mass., 1998.
1.10Roger Lewin, Human evolution: An illustrated introduction.Blackwell Science, Oxford, 1999.
2.2, 2.3David Suzuki, Anthony Griffiths, Jeffrey Miller, Richard Lewontin, An introduction to genetic analysis. W.H. Freeman, New York, 1989.