НОВЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ

"Если нам действительно удастся построить всеобъемлющую физическую теорию, то со временем ее основные принципы станут доступны пониманию каждого. И тогда все мы, философы, ученые, специалисты и нет, сможем принять участие в дискуссии о том, как же так получилось, что существуем мы и существует Вселенная. И если будет найден ответ на это "последнее" вопрос, нам станет понятен замысел Бога ". Так Стивен Хокинг закончил свою недавно опубликованную книгу "От большого взрыва до черных дыр. Краткая история времени".

Мнение Хокинга отражает традиционные представления о конечной цели физики. В прошлом ученые неоднократно утверждали, что все большие проблемы рано или поздно будут решены и теоретической физике наступит конец. В наши дни эту веру зачастую связывают с созданием "Теории Всего Сущего" - магического над законом, с которого можно будет вывести все формы физической реальности - от элементарных частиц до атомов химических элементов, галактик и черных дыр. Такая теория свела бы Вселенную к формальной тождественности - абстрактного вневременного описания.

Однако утверждению о том, что физика близка к своему завершению, можно придать и совершенно иной смысл. Нобелевская конференция 1989 в колледже Густава Адольфа (Сент-Пол, штат Минное-сотая) была посвящена теме "Конец науки", но в эти слова вкладывали отнюдь не оптимистичный содержание. Организаторы конференции заявили: "Нас не покидает ощущение, что способность науки давать объективную картину действительности почти исчерпана". 1 далее: "Если же наука откажется от претензии открывать вневременные, универсальные законы и признает себя социальной и исторически ограниченной, то уже нельзя будет утверждать, что она говорит о чем-то реальное, которое принадлежит вне самой наукой". Основной тезис предложенной концепции прямо противоположная: великие законы не является "всего лишь" социальные или исторические конструкции, хотя, разумеется, любые научные представления несут на себе отпечаток своей эпохи.

Можно сказать, что и классический идеал объективности, который предполагает отрицание времени, тоже имел свои исторические корни. Это был смелый идеал, возникший на почве западной культуры в XVII в. Идея объективной физической реальности, воплощенная в динамическом описании, была результатом первой успешной попытки включить время в математическую схему. Более двух веков - от Галилея до Больцмана - ушло на то, чтобы понять цену этого достижения: за него пришлось заплатить противоречием между симметричными фундаментальными законами физики и нарушением симметрии времени в реально протекающих процессах.

Современная физика рассматривает стрелу времени как одну из существенных черт нашего мира. В последние десятилетия несколько научных направлений оспаривали привилегию предоставить конструктивного содержания идеи, согласно которой мы живем во временном мире. Физические теории, сегодня строятся, - временные. Они охватывают законы и события, достоверность и вероятность. Вторжение времени в физику отнюдь не приводит к потере объективности или возможности познания. Наоборот, оно открывает путь к новому, более глубокому пониманию. Нарушение симметрии времени на микроскопическом уровне не есть результат отказа от идеала совершенного знания. К нему нас вынуждает динамика хаоса. Сначала неустойчивость возникла как ограничение, вызванное чувствительностью к начальным условиям, но теперь мы вышли за рамки "негативных" утверждений и пришли к формулировке законов природы, охватывающих хаос и стрелу времени.

Изменение самого смысла слова "хаос" от нежелательной препятствия к самостоятельному объекту познания стала наиболее фундаментальным и неожиданным результатом исследования парадокса времени. Включение в динамику вероятности и необратимости, конечно же, обусловлено глубинными процессами, идущими в самой науке. Стрела времени не проникла бы на фундаментальный уровень физики, не будь интенсивного поиска благоприятной возможности решения парадокса времени. Благоприятную возможность мы понимаем как исторический диалог человека с природой во времени. Диалог, в котором оперирование символами играет важную роль. Символьное мышление порождает свой мир, одновременно беднее и упрощенный, богаче и содержательнее реального мира. Мнение, что оперирует символами, усиливает те аспекты классической и квантовой физики, отмечают симметрии во времени. Воплощенную в символах мысль можно сравнить с произведением искусства. Подобно ему, она способна возбуждать и чувство восхищения, и чувство неудовлетворенности. Она бросает нам вызов, побуждая идти вперед. При этом главный побудительный стимул концепции можно кратко выразить так: "Время не может возникнуть вне времени. Вневременные законы нельзя считать окончательной истиной, потому что такая истина делает нас чужими в этом мире и сводит к простой видимости многообразие явлений, которые наблюдаются" (I . Р. Пригожин, И. Стенгерс).

Ту же неудовлетворенность выражали и другие физики. Так, Роджер Пенроуз в своей книге "Новый ум императора" отметил: "Непонимание нами фундаментальных законов физики не позволяет нам схватить суть разума в физических или логических терминах". Пенроуз также отдельно выделяет проблему времени. Он пишет: "По моему мнению, наша физическая картина мира в той части, что касается природы времени, способна вызвать серьезные потрясения, еще сильнее, чем те, что были вызваны теорией относительности и квантовой механикой". Однако, насколько можно судить, Пенроуз ожидает решения проблемы со стороны квантовой теории гравитации, которая должна объединить эти две теории. Стратегия Пригожина более консервативна, поскольку он исходит из динамической неустойчивости, лежащей в фундаменте физики уже сегодня. Но Пенроуз прав в том, что нам действительно необходимо "новое понимание". Каждый период развития науки имеет свои ключевые нерешенные проблемы, вехи, указывающие направление дальнейшего развития. Наибольшее удивление вызывает тот факт, что решение парадокса времени, возникшего в результате неудачной попытки Больцмана и Планка дать динамическую интерпретацию стрелы времени, позволил решить и два других парадоксы - квантовый и, до некоторой степени, космологический.

И все-таки этого можно было ожидать. Все три парадоксы тесно связаны между собой. Исключение стрелы времени с необходимостью приводит к двойственного описания Вселенной: с одной стороны, до микроскопических, оборотных во времени законов, а с другой - к феноменологических законов с нарушенной симметрией времени. Здесь мы снова встречаемся с традиционным декартовский дуализмом между материей, характеризующееся протяженностью, и человеческим духом с его способностью мыслить. Общая теория относительности и квантовая механика служат хорошими примерами такого дуализма: первая стремится к геометрическому видению мира (утонченной формы декартовской протяженности) другая, с ее амплитудами вероятности, может быть уподоблена потенциальным, мыслимым возможностям (в отличие от актуальных, наблюдаемых вероятностей).

Следует ли в таком случае рассматривать мир как потенциальную возможность для наших наблюдений? Некоторые физики заходят так далеко, что в квантовой механике отводят человеческому разуму ключевую роль: по их мнению, мир, описываемый в терминах волновых функций, что требует найти наблюдателя, который сможет актуализировать одну из его потенциальных возможностей. В этом смысле организаторы Нобелевской конференции были правы: мы действительно подошли к "концу науки" - такой науки, связывает познания с открытием детерминистских вневременных законов, которые лежат за рамками становления. Вспомним, что для Эйнштейна любое отклонение от этого идеала означало отказ от понимания мира, от основного назначения науки.

Однако мы не можем по очевидным причинам согласиться с такими взглядами, которые сужают смысл познания. Там, где речь идет о живых существах, мы не отождествляем понимание со послушным выполнением правил - мы отказались бы признать действительной кошку, поведение которой всегда можно предсказать. А вот в физике мы зачастую думаем как раз наоборот. Нельзя не согласиться с Владимиром Набоковым, который выразил такое мнение: "То, что полностью контролируется, никогда не бывает вполне реальным. То, что реально, никогда не бывает полностью контролируемым". Фундаментальные законы соединяли в себе два элемента, которые мы теперь можем разделить.

Один из них состоял в требовании подлинного диалога с природой, который означает, что человеческий разум должен строить математические зависимости, спрямовуванни экспериментом. (С этой точки зрения, сама возможность универсальных законов природы не могла не вызвать удивление, что подтверждает скептическое восприятие законов Ньютона в XVIII в.).

Другой элемент - перспектива создания наднаукы, которая должна заниматься изучением самих законов природы. Очень парадоксально, что западная наука, видевшая свою высшую цель в том, чтобы прислушиваться к фактам (в отличие от спекулятивных притязаний метафизики), наилучшим образом соответствует тому, что Ричард Тарнас вполне обоснованно назвал "глубокой страстью западного ума к объединению с самой основой своего бытия ".

Открытие симметричных во времени детерминистских законов природы отвечало этой страсти, но ценой отторжения этой основы от творческой временной реальности. Ситуация изменилась: необратимость и вероятность стали объективными свойствами, которые отражают тот факт, что физический мир не может быть сведен к отдельным траекторий (в ньютоновскому описании) или волновых функций (в шредингеривському).

Новое представление о ансамбле не вызывает потери информации, напротив, оно позволяет более полно охватить свойства диссипативных хаотических систем. Устойчивые и обратно во времени классические системы, как мы теперь понимаем, соответствуют предельным, исключительным случаям (в квантовом мире положение сложнее, так как нарушение симметрии во времени является необходимым условием для наблюдения микрообъектов - для перехода от амплитуд вероятности к самим вероятностей). Типичные именно неустойчивые хаотические системы, описываемые вероятностными законами, - они соответствуют подавляющем большинстве случаев, представляющих физический интерес.

Причина успеха этого подхода кроется в обращении к новым математических средств. Хорошо известно, что задача, неразрешимая с помощью одного алгоритма, может стать разрешимой, если использовать другой. Например, вопрос о существовании корней алгебраического уравнения неразрешимое в области вещественных чисел (оно может не иметь никакого вещественного корня), но стоит перейти в область комплексных чисел, как ответ становится очень простой: каждое уравнение n-й степени имеет п корней. Поиск соотношение между проблемами и средствами, необходимыми для их решения, - процесс открытый, способный служить прекрасной иллюстрацией творческого труда, свободной и в то же время ограниченной решаемой задачей.

Как ни странно, но теперь ученые в состоянии решить и некоторые конкретные проблемы, которые не подвергались решению прежде. В классической динамике законы хаоса ассоциируются с интегрированием "неинтегровних" систем Пуанкаре, а предложенные методы дают более мощные алгоритмы. Также и в квантовой механике они позволяют устранить трудности, стоящие на пути решения задачи на собственные значения (реализации программы Гейзенберга). Даже такая простая проблема, как рассеяние частиц в потенциальном поле, приводит к неинтегровних систем Пуанкаре (интегрируемые системы Пуанкаре - это достаточно простые системы, в которых взаимодействие элементов можно математически исключить; в уравнениях, описывающих их движение, прошлое и будущее не различаются. Неинтегровни - более сложные системы, в которых взаимодействие элементов становится принципиально важным - в них появляется стрела времени).

Введение несводимых вероятностных изображений потребовало рассмотрения так называемых "обобщенных пространств". Гильбертово пространство сам уже является обобщение конечномерных векторных пространств (его элементы - уже не векторы, а функции), но в нем мы можем использовать только достаточно "хорошие" функции. В обобщенных же пространствах можно оперировать также сингулярными, или обобщенными, функциями (эти функции позволяют математически корректно описывать используемые в физике идеализированные изображения. Например, равна единице плотность массы материальной точки, расположенной в начале координат или электрического заряда, выражается а функцией Дирака). Все это аналогичное перехода от плоской евклидовой геометрии к искривленной Римана.

Другой существенный элемент теории - хронологическое, или временное, упорядочение. Гармонический осциллятор (классический или квантовый) оборотный во времени. Но в неинтегровний системе возникает естественное упорядочение, задаваемое направлением самого процесса. Простейший пример - разница, возникающая в электродинамике между запоздалыми и опережающими потенциалами. Если устойчивые системы связаны с детерминистскую, симметричным временем, то неустойчивые хаотические - с вероятностным, нарушающим равноправие прошлого и будущего. Ограниченность традиционного описания в терминах отдельных траекторий или волновых функций не должна удивлять. Когда мы говорим об архитектуре, то имеем в виду не кирпичи, а дом в целом.

Нередко приходится слышать, что история в наши дни ускорила свой бег; и в этом случае сказанное касается не изменения природы отдельных людей, а изменения отношений между ними из-за небывалого развитие средств связи. Даже рождение новых идей любым человеком обусловлено тем, что она погружена в разделяемый многими мир значений, проблем и отношений. Иными словами, это свойство всей системы в целом.

Ситуация, с которой мы сталкиваемся в физике, гораздо проще. Однако и там нам следует отказаться от мысли, будто время есть параметр, описывающий движение отдельных элементов системы. Адекватный физическое описание хаотических процессов, включил бы необратимость и вероятность, возможно только при их целостном рассмотрении на уровне ансамблей.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >