Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле
Шрифт:
Я написал эту книгу, чтобы рассказать о том, что восхищает меня в этом приключении. Своего читателя я представлял человеком, который мало или даже ничего не знает о современной физике, но ему интересно все, что мы уже знаем и чего еще не знаем о фундаментальной природе нашего мира, а также то, каким образом мы ведем свои поиски. Я хотел поделиться захватывающей красотой той панорамы реальности, которая открывается перед нами в результате этих поисков.
Я писал эту книгу и для своих коллег, своих спутников, разбросанных по всему миру, а также для юношей и девушек, восхищенных наукой и планирующих впервые присоединиться к этому путешествию. Я хотел представить им общую картину и строение физического мира, каким он видится в двойном свете релятивизма и квантовой физики, и показать, как их можно объединить. Эта книга не только раскрывает тайны Вселенной, но также обозначает определенную точку зрения в области исследований, где абстракции и технические детали иногда становятся помехой для широкого взгляда. Наука
Эта книга отражает мое текущее понимание того, в каком состоянии находятся сейчас наши поиски новой картины мира. Именно так я ответил бы коллеге и другу, который, прогуливаясь долгим летним вечером по берегу моря, задал бы мне вопрос: «Так что же ты думаешь об истинной природе вещей?»
Часть I
Корни
Сюжет этой книги начинается 26 столетий назад в Милете. Почему разговор о квантовой гравитации отталкивается от столь древних событий, людей и идей? Я надеюсь, что читатель, горящий желанием достичь понимания квантов пространства, не будет иметь ничего против. Идеи проще понять, начиная с тех корней, из которых они выросли, а значительное число идей, которые помогли нам в деле постижения нашего мира, возникли более двух тысяч лет назад. Эти идеи станут намного понятнее, если мы проследим за их рождением; в этом случае все дальнейшие шаги окажутся проще и естественнее.
Но есть еще один важный момент. Некоторые проблемы, впервые поставленные в Античную эпоху, продолжают оставаться ключевыми для нашего понимания мира. Некоторые из самых современных идей о структуре пространства используют представления и подходы, впервые появившиеся в то время. Говоря о тех далеких идеях, я имею в виду вопросы, которые станут ключевыми для квантовой гравитации. Кроме того, это поможет нам, обсуждая квантовую гравитацию, отличать идеи, восходящие к самым истокам научной мысли, даже если мы с ними не знакомы, от идей совершенно новых. Связь между проблемами, поставленными древними учеными, и решениями, которые найдены Эйнштейном и в теориях квантовой гравитации, как мы увидим, на удивление тесна.
1
Крупицы
Согласно преданию, в 450 году до нашей эры на корабль, идущий из Милета в Абдеру, сел человек. Его путешествие сыграло решающую роль в истории познания.
Этот человек, вероятно, бежал от политических беспорядков в Милете, где аристократия совершила насильственный переворот. Милет был благополучным и процветающим греческим городом, возможно, самым главным городом греческого мира до наступления золотого века Афин и Спарты. Он был важнейшим торговым центром в сети, объединявшей почти сотню колоний и торговых форпостов от Черного моря до Египта. В Милет приходили караваны из Месопотамии и корабли со всего Средиземноморья, что способствовало обмену идеями.
В течение предшествующего столетия в Милете произошла революция в мышлении, имевшая фундаментальное значение для всего человечества. Группа философов пересмотрела способ постановки вопросов о мире и формулирования ответов на них. Величайшим из этих мыслителей был Анаксимандр.
Рис. 1.1. Путешествие Левкиппа Милетского, основателя атомистической школы (около 450 года до нашей эры)
С незапамятных времен или, по крайней мере, с тех пор как человечество стало создавать дошедшие до нас письменные тексты, люди задавались вопросом о том, как появился мир, из чего он состоит, как управляется и каковы причины природных явлений. Тысячелетиями люди сами себе отвечали на эти вопросы весьма сходным образом: рассказывая изощренные истории о духах, божествах, воображаемых и мифологических существах и других подобных сущностях. От клинописных табличек до древнекитайских текстов, от иероглифических надписей в пирамидах до легенд индейцев сиу, от большинства древнеиндийских манускриптов до Библии, от африканских сказаний до мифов аборигенов Австралии – все это было пестрым, но, по сути своей, очень однородным потоком рассказов о пернатых змеях и небесных коровах, о вспыльчивых, соперничающих или дружелюбных божествах, создающих мир, произнося над безднами: «Да будет свет!», о спонтанном рождении мира из каменного яйца и т. п.
Тогда в Милете, в начале пятого столетия
Милетцы понимали, что, в отличие от поиска ответов в своей фантазии, древних мифах и религии, искусное использование наблюдения и рассуждения, а главное, применение критического мышления при выборе вариантов может последовательно уточнять наше мировоззрение и открывать новые аспекты реальности, скрытые от обыденного здравого смысла. Это в принципе способ открывать что-то новое.
Возможно, самым важным открытием стал иной стиль мышления, при котором ученик больше не обязан признавать и разделять идеи своего учителя, но имеет право отталкиваться от этих идей, не боясь отбрасывать или критиковать те части, которые можно усовершенствовать. Это был совершенно новый срединный путь, идущий между безоговорочной верностью школе и полным отказом от ее идей. Он стал ключом к последующему развитию философского и научного мышления: отныне и впредь знание начинает прирастать головокружительными темпами, питаемое как старыми идеями, так и возможностью их критики, позволявшей усовершенствовать прежнее знание и понимание. Вступительные слова книги Гекатея об истории поразительным образом схватывают самую суть критического мышления, включая ясное понимание нашей склонности к ошибкам: «Я пишу этот так, как мне представляется истинным, ибо рассказы эллинов многоразличны и смехотворны, как мне кажется» [1] .
1
Цит. по: Фрагменты ранних греческих философов. Ч. I. – М.: Наука, 1989. – С. 136. – Примеч. пер.
По легенде, Геракл спустился в царство Аида с мыса Тенарон. Гераклит посетил мыс Тенарон и выяснил, что в действительности здесь нет никакого подземного прохода или иного доступа в царство Аида, и заключил отсюда, что легенда была ложной. Это заключение и отмечает зарю новой эры.
Новый подход к познанию работает быстро и впечатляюще. Всего за несколько лет Анаксимандр приходит к пониманию того, что Земля плавает в небесах, которые продолжаются под Землей; что дождь появляется за счет испарения воды с земли; что существует возможность объяснить всё разнообразие веществ в мире, сведя их к единой неделимой простой составляющей, которую он называет апейроном, неопределенным; что животные и растения эволюционируют и адаптируются к изменениям окружающей среды, а человек развился путем эволюции других животных. Так постепенно были заложены основы того понимания мира, которые в основном сохраняются по сей день.
Расположенный на границе зарождающейся греческой цивилизации с древними империями Месопотамии и Египта, питаемый их знаниями, но погруженный в типично греческую атмосферу свободы и политической гибкости, лишенный имперских дворцов и могущественных жреческих каст, населенный гражданами, имевшими возможность обсуждать свою судьбу на открытых агорах, Милет был местом, где люди впервые сами принимали свои законы; здесь стал собираться первый в истории парламент – в Панионии [2] встречались делегаты Ионийского союза, – и именно здесь люди впервые усомнились, что лишь боги способны разобраться в загадках нашего мира. Посредством дискуссии можно найти лучшее для сообщества решение; посредством дискуссии можно достичь понимания мира. Это важнейшее наследие Милета, колыбели философии, естественных наук, географических и исторических исследований. Не будет преувеличением сказать, что вся научная и философская традиция – средиземноморская, а затем и современная – уходит корнями в рассуждения милетских мыслителей VI века до нашей эры [3] .
2
Панионий – святилище Посейдона, расположенное на мысе Микале между городами Милетом и Эфесом. – Примеч. пер.
3
Об Анаксимандре и милетцах см.: Carlo Rovelli. The First Scientist: Anaximander and His Legacy. – Yardley, Westholme, 2007. – Здесь и далее примеч. автора, если не указано иное.
Это милетское просвещение вскоре ждал катастрофический финал. Появление Персидской империи и провал антиимперского восстания привели к безжалостному разрушению города в 494 году до нашей эры и обращению в рабство большого числа его жителей. В Афинах поэт Фриних написал трагедию «Падение Милета», которая произвела столь глубокое впечатление на афинян, что ее повторные постановки были запрещены, поскольку она причиняла чрезмерные страдания зрителям. Однако двадцать лет спустя греки отразили персидскую угрозу; Милет был восстановлен, вновь заселен и вернул себе роль центра торговли и знаний, вновь начав распространять свой просветительский дух.