Ключевые слова: незавершенность знания, квантовая теория, косность мышления, модель или реальность, математика, Вселенная, теория познания, расколотость наук, теория всего.

  ^{Вместо предисловия - объяснение с читателем}

О том, что побудило меня написать данную статью. В современной науке с начала ХХ в. произошло столько неординарных событий, что не знать о них, пройти мимо них никак невозможно. Наша интеллектуальная обязанность - знать о достижениях ученых, о проводимых ими исследованиях в новейших областях знания. Это первое. Второе - стремлению гуманитария ознакомиться с результатами современных научных теорий весьма способствует обилие научно-популярных книг, на написание которых  не пожалели ни  сил, ни  времени замечательные ученые с мировым именем. Прочтя эти книги, читатель  не просто расширит свой  кругозор, но и обогатится духовно, подчеркиваю: духовно. То обстоятельство, утверждал Эйнштейн, что научные знания являются достоянием маленькой группы людей, «снижает философский уровень народа, приводит к духовному оскудению».

Пояснение к заголовку. Существуют условные обозначения, а у меня - условное название. Адекватным содержанию статьи был бы такой заголовок: «Рассуждения ученых-теоретиков о физическом устройстве мироздания и о путях познания оного, о построении единой теории, называемой сегодня "теория всего"». Такое название было бы уместно в благословенные декартовские времена (см., например, его «Рассуждение о методе, чтобы верно направлять свой разум и отыскивать истину в науках»). Однако в наши клиповые и sms-времена подобный заголовок наверняка и не дочитают до конца (да и писать его в отчетах замучаешься). Предлагаемые «Рассуждения ученых-теоретиков...» в сущности и расшифровывают заголовок, вынесенный наверх.

Предупреждение читателю. В статье читатель найдет много того, о чем писалось в нашей и зарубежной литературе. Но в свое оправдание приведу утверждение Энрико Ферми, Нобелевского лауреата по физике: «Никогда не следует недооценивать удовольствие, которое мы получаем, услышав что-нибудь нам уже известное».

наша вселенная - многоструктурная сверхсложная конструкция

Удвоение мира

Изначально человечество существовало в рамках двойного мира: мира повседневного опыта и мира невидимого, но так или иначе осознаваемого, больше того, «нарисованного»  силой воображения. И продолжает существовать в этих рамках удвоения мира. Условно я бы выделила четыре типа удвоения: 1) мифологический (повседневная жизнь и мир богов; сюда можно включить и фольклор с его ведьмами, лешими, гномами и т.п.); 2) религиозный (мир дольний и горний); 3) философский (чувственный и умопостигаемый миры). Четвертый тип удвоения возникает вместе с наукой; его кульминация - разделение мира на  макромир со своими законами и микромир со своими. Но если первые типы двух миров благополучно уживались друг с другом (любимые мифы греков не мешали им пасти скот и т.п.), то научные открытия посягали на повседневный опыт людей.

Принято считать, что первое радикальное «опровержение» повседневного опыта - это коперниканская революция, второе - специальная и общая теории относительности и третье - квантовая механика. На подходе - теория  суперструн, которая возможно еще раз коренным образом изменит наше представление о Вселенной  и станет теорией всего сущего. Однако все эти опровержения повседневного опыта умозрительны. Мы точно знаем, что Земля вертится, а не Солнце, но каждое безоблачное утро видим, как Солнце восходит на востоке, а ясным вечером заходит на западе; мы знаем, что состоим из микрочастиц, но, глядя в зеркало, видим себя единым целым организмом и т.д. и т.п. Нам необходимо принять тот факт, что фундаментальные, интуитивно ощущаемые свойства окружающего нас мира, т.е. наш обыденный опыт не совпадает с данными естественно-научных теорий: homo sapiens не способен воспринимать ни самое большое - галактики, ни самое малое, например нейтрино. Как писал Эйнштейн, расстояние между фундаментом науки и нашими пятью чувствами с развитием науки только увеличивается. Но современной науке удалось приоткрыть завесу над «другим» миром. И что же нам открылось?

Стандартная модель элементарных частиц и ее незавершенность

Нам открылось, что окружающий нас чувственно-воспринимаемый мир - лишь малая видимая часть айсберга (прошу прощения за избитую метафору, но она здесь очень к месту). Открытие в 1897 г. Дж.Дж. Томсоном первой элементарной частицы «электрон», а в ХХ в. других элементарных частиц обнаружило существование целого нового мира - мира субатомных частиц[i]. Дальше больше - считавшиеся фундаментальными частицы (протоны, нейтроны, электроны) вовсе не являются фундаментальными. Они сами состоят из частиц меньшего размера - кварков.

Естественно, я не собираюсь говорить обо всех элементарных частицах. (Сейчас открытых частиц более сотни. Р.Оппенгеймер даже предложил давать Нобелевскую премию по физике тому, кто за год не откроет ни одной новой частицы!) Кварки же заслуживают особого внимания, ибо, как полагают ученые, своим возникновением Вселенная обязана кварк-глюонной плазме. Напрямую зарегистрировать плазму пока невозможно: через ничтожно короткий промежуток времени в 10^-23 сек. она исчезает. О результатах эксперимента ученым приходится судить по следам, оставленным частицами, родившимися в ходе эксперимента. В 2010 г. физикам удалось уточнить природу кварк-глюонной плазмы: сталкивая ядра свинца в Большом адронном коллайдере при высоких энергиях, исследователи сгенерировали невероятно горячие и субатомные шаровые молнии. Тем самым были воссозданы условия, которые существовали в первые микросекунды после Большого взрыва. Ученые отмечают, что при этих мини-«больших взрывах» возникает температура свыше 10 триллионов градусов. Это означает, что кварк-глюонная плазма была не газом, как предполагалось ранее, но сверхгорячей жидкостью, этаким первичным бульончиком.

Любопытно, что кварк-глюонная плазма играет решающую роль не только в возникновении Вселенной, но и в том, что она устойчиво удерживает последнюю от катастрофического разрушения. Это объясняется тем, что отдельного кварка в природе не существует - только пары и тройки, связанные переносчиками-глюонами, причем столь жестко, что растянуть их нельзя, можно только порвать. Это явление ученые назвали явлением «конфайнмент» (удержание). При взрыве ядерной бомбы выделяется энергия, которая весит всего проценты от массы. Если бы вылетели кварки, выделилась бы вся энергия, и кварковая бомба взорвала бы всё. Ergo, конфайнмент спасает наш мир и соответственно нас с вами.  Но объяснить (построить теорию) конфайнмента ученые пока  не могут. Еще один из далеко не единичных фактов в современной физике, который позволяет говорить о том, что наука не открывает, но приоткрывает занавес над «другим» миром.

Сегодня стандартная модель частиц почти завершена и это «почти» лишний раз подтверждает, что завеса не открыта до конца, ибо в ней не хватает чрезвычайно существенной «детали» - бозона Хиггса (отвечающего за то, чтобы у других частиц была масса). Большую надежду на обнаружение этого бозона ученые возлагают на Большой адронный коллайдер. Оправдаются ли эти надежды, поживем - увидим.

Стандартная модель завершена почти еще и потому, что исследователи до сих пор не обнаружили гравитон. Дело в том, что в природе существует, на первый взгляд, множество самых различных взаимодействий, но в течение последнего столетия физики накопили бесспорные доказательства, что все они сводятся к четырем взаимодействиям: гравитационному, электромагнитному, сильному и слабому ядерному. На микроскопическом уровне каждому взаимодействию соответствует частица, которая является наименьшим сгустком этого взаимодействия (например, фотоны - мельчайшие переносчики электромагнитного взаимодействия). Физики считают, что с гравитационным взаимодействием связана частица «гравитон», однако о существовании гравитона пока ничего неизвестно, при попытке же описать гравитацию на языке квантовой теории поля (который используется в стандартной модели для описания других взаимодействий) возникают непреодолимые математические трудности.

Слово «почти» в данном контексте - ключевое слово. «Почти» - это значит, что на многие вопросы у естественников нет ответов. Например, зачем природе столько элементарных частиц, если для окружающих нас тел достаточно только электронов, u-кварков и d-кварков? почему масса t-кварка в 40 200 больше массы u-кварка? и т.д. и т.п. Никто не может, говорит один из ведущих сотрудников ЦЕРНа Павел Невский, объяснить в стандартной модели ни одного числа! Нам следует признать и смириться с тем, что неполнота фундаментальных теорий - удел человеческого познания, по крайней мере на современном этапе научного знания.

Квантовые странности и косное мышление

Стандартная модель, несмотря на все сложности и нерешенные проблемы, достаточно прозрачна. Другое дело - квантовая механика. В ходе исследований были получены такие алогичные, парадоксальные, загадочные и прямо-таки обескураживающие результаты, что отцы-основатели просто схватились за голову! Ричард Фейнман, крупнейший специалист в области квантовой механики, лауреат Нобелевской премии по физике и, кстати, признанный остроумец, писал: «Было время, когда газеты сообщали, что только двенадцать человек понимают теорию относительности. Я не верю, что такое время когда-либо было. Могло быть время, когда ее понимал только один человек, тот самый парень,  который схватил ее суть перед тем, как написать свою статью. Но после  того как люди  прочитали его статью, масса людей стала  так или иначе понимать теорию относительности, и уж точно число этих людей превышало двенадцать. С другой стороны, я думаю, что могу совершенно спокойно сказать, что квантовую механику не понимает никто» [Фейнман 1965, 129]. Между прочим именно Фейнману квантовая механика обязана одним из самых алогичных решений - так называемое фейнмановское «суммирование по путям». Фейнман доказал (экспериментально это было подтверждено), что на отрезке от источника до некоторой точки на фосфоресцирующем экране каждый отдельно взятый электрон на самом деле перемещается по всем возможным траекториям одновременно. Б.Грин так комментирует это суммирование по путям. Здесь, пишет он, начинает протестовать наше классическое образование: как может один электрон одновременно перемещаться по различным путям, да еще и по бесконечному числу путей? «Это возражение кажется неоспоримым, но квантовая механика - реальная физика нашего времени - требует, чтобы вы держали столь тривиальные возражения при себе... Вы должны позволить природе самой определять, что является разумным, а что - неразумным» [Грин 2008, 80]. И тот же Фейнман забивает последний гвоздь в наши представления о мире: квантовая механика «дает совершенно абсурдное с точки зрения здравого смысла описание Природы. И оно полностью соответствует эксперименту. Так что я надеюсь, что вы сможете принять Природу такой, как Она есть - абсурдной» [Фейнман 1988].

Утверждение Фейнмана об абсурдности Природы подкрепляется принципом неопределенности Гейзенберга, являющимся в сущности  краеугольным камнем квантовой механики. Принцип гласит: невозможно знать одновременно точное положение и скорость частицы. Кроме того, Гейзенберг продемонстрировал зависимость между точностью измерения энергии и тем, сколько времени занимают эти измерения. Другими словами, все это означает неизбежные неточности при одновременном измерении дополнительных величин.

Странности квантовой механики далеко не исчерпываются сказанным. Доказав, что частицы являются не только частицами, но одновременно и волнами (корпускулярно-волновой дуализм), она принудила нас примириться с вероятностным характером Природы. Во всем виновата электронная волна. Макс Борн доказал, что в тех областях, где амплитуда волны больше, обнаружение электрона более вероятно, где меньше -  вероятность обнаружить электрон меньше. На основе этих и других теорий был вынесен приговор, обжалованию не подлежащий: наличие у материи волновых свойств говорит о том, что фундаментальное описание материи носит вероятностный характер. И хотя согласно квантовой механике Вселенная развивается в соответствии с точными математическими законами, эти законы определяют только вероятность того, что может наступить то или иное будущее, и ничего не говорит о том, какое будущее наступит в действительности.

 Научная онтология выявляет для нас еще одну парадоксальную с точки зрения здравого смысла характеристику Вселенной - неистовость. Соотношение неопределенностей говорит нам, что при переходе к меньшим расстояниям и меньшим промежуткам времени жизнь Вселенной становится все более неистовой. Это явление - неистовость Вселенной, - как всегда весьма образно, описывает Грин. Если вы поместите электрон в большую коробку, пишет он, и затем начнете медленно сдвигать ее стенки, чтобы определить его положение с увеличивающейся точностью, вы обнаружите, что движение электрона будет становиться все более и более неистовым. «Электрон, будто охваченный своего рода клаустрофобией, будет возбуждаться все сильнее - отскакивая от стенок коробки со все возрастающей и непредсказуемой скоростью. Природа не позволяет загнать в угол свои компоненты» [Грин 2008, 82].

Окружающий нас мир, несмотря на природные и техногенные  катаклизмы, представляется нам стабильным, прочным. Но из соотношения неопределенностей Гейзенберга следует, что хаотический перенос энергии и импульса непрерывно происходит во Вселенной на микроскопических расстояниях и в микроскопическом временнóм масштабе. Небольшой пример. Формула E=mc² означает, что энергия может превращаться в материю, и наоборот: при достаточно больших флуктуациях энергии может мгновенно возникнуть электрон и соответствующая ему античастица - позитрон. Но энергия должна быть быстро возвращена, и спустя мгновение частицы аннигилируют, высвобождая энергию.

Физика всегда почиталась наукой точной, ибо прежде давала точные предсказания и подробные траектории любых объектов, начиная с планет, комет и кончая пушечными ядрами. И вдруг ее центральными понятиями оказываются неопределенность и вероятность. Поначалу субатомный мир, открытый квантовой механикой, поразил своими, мягко сказать, особенностями даже ее первооткрывателей. Эрвин Шредингер, выведший формулу волновой функции частицы, которая стала α и ω квантовой механики (Луи де Бройль считал, что более верное название квантовой механики «волновая механика»), как-то заявил: «Если действительно придется всерьез  относиться к этим чертовым квантовым переходам, то я пожалею, что вообще принимал участие в этом деле».

Теоретики квантовой механики со временем все же справились с шоком, вызванным квантовыми «странностями», в отличие от нас, в большинстве своем верных классическому образованию. Мы не можем не возмутиться электроном, который одновременно перемещается по бесконечному числу путей, да еще к тому же «страдает» клаустрофобией (между тем тот факт, что электроны могут находиться во многих местах одновременно, составляет фундамент всей химии). А как понять, что в сущности все фундаментальные единицы Вселенной являются и волнами и частицами? (В макромире мы не ощущаем «волну», поскольку волновые характеристики материи становятся наблюдаемыми только в высокоточных микроскопических исследованиях.)

Следует признать, что особенности квантовой теории интуитивно для нас неприемлемы: они нарушают все фундаментальные законы здравого смысла, ниспровергают наше собственное, личное представление о реальности[ii]. Однако какими бы странными не выглядели события микромира, мы должны принять их, должны  перенастроить свое мышление  на новое знание, привнесенное новой физикой. И должны четко осознать, что  назад в уютный, привычный доквантовый мир пути нет.

Воспринять новое зачастую мешает нам элементарная косность нашего мышления:  столкновение нового знания со старым у нас вызывает когнитивный диссонанс. Айзек Азимов указывает и на еще одну проблему нашего мышления: мы автоматически рассуждаем о незнакомых объектах как о знакомых и потому для нас волночастица «противоречит здравому смыслу» или является парадоксом, или, что хуже того, «ученые не смогли прийти к решению» [Азимов 2006, 407-408]. Фейнман также указывает на этот синдром «знакомого». Нас, говорит он в одной из Мессенджеровских лекций, постоянно мучает вопрос «Как же так может быть?», в котором отражается «неконтролируемое, но совершенно необоснованное стремление представить себе все посредством  чего-то очень знакомого» [Фейнман 2004, 106][iii]. Упор же в познании нового следует делать «на коренные отличия от всего нам знакомого». И со свойственной Фейнману иронией советует своим слушателям не мучить себя вопросом «Но как же так может быть?», чтобы не зайти в тупик, из которого еще никто не выбирался. Никто не знает, как же так может быть!

Активизировать нашу мыслительную деятельность нам придется и при знакомстве с теорией суперструн. Согласно этой теории любая элементарная частица представляет собой мельчайшую струну, в сотни миллиардов миллиардов раз меньше размеров атомного ядра. Вместо привычных трех пространственных и одного временнόго измерении теория суперструн требует десяти пространственных и одно временнόе измерение - космический субстрат, состоящий из одиннадцати пространственно-временных измерений. Теоретики, работающие над теорией суперструн, считают, что дополнительные измерения либо свернуты до крохотных размеров, либо велики, но невидимы на тех путях, на которых мы сейчас исследуем Вселенную. Тот факт, отмечает Грин, что мы не видим этих дополнительных измерений, теория суперструн объясняет тем, что до сих пор мы улавливали лишь тонкий срез реальности: «Если теория суперструн, - пишет он, - окажется верной, то мы должны будем признать, что известная нам реальность является лишь тонким шифоном, драпирующим плотную и богато текстурированную ткань космической реальности... Открытие дополнительных измерений покажет нам, что весь наш человеческий опыт прошел мимо самого основополагающего и существенного аспекта устройства Вселенной» [Грин 2009, 32]. Впрочем, этот путь может оказаться неверным, но неверный путь так же важен, как и верный.

Новые, «неклассические» знания, открывающие неведомое и невидимое, требуют от нас и  гибкости мышления, и способности активного восприятия нового.

эпистемологические аспекты научного познания

Математика - язык Вселенной

Сами физики поражаются той точности, с которой математика описывает фундаментальные физические реалии. Можно привести множество фактов, когда абстрактная математическая теория «предсказывает» физическую реальность. Пожалуй, один из ярчайших примеров, подтверждающих вышесказанное, - черные дыры, «рожденные» в недрах математика. Теория черных дыр, пишет Хокинг, «была выработана в мельчайших деталях как математическая модель задолго до того, как ее правильность подтвердили наблюдения». Конечно, продолжает астрофизик, нашлось немало скептиков: как можно верить в реальность объектов, существование которых подтверждается только вычислениями? Но благодаря наблюдениям астрономов, в распоряжении которых  появились новые мощнейшие технологии, современнейшие телескопы, уже мало кто сомневается в существовании черных дыр [Хокинг 2009, 37-54]. 

Непостижимая эффективность  математики была подтверждена и поистине титанической работой  Тойхиро Киношиты, специалиста по физике элементарных частиц из Корнельского университета, который в течение 30 лет (!) неутомимо вел расчеты для некоторых тонких свойств электронов. Расчеты Киношиты заполняют тысячи страниц и потребовали для завершения самых мощных на сегодня компьютеров. В результате ему удалось математически рассчитать характеристики электронов, которые были подтверждены в соответствующих экспериментах с точностью, превышающей одну миллиардную. О математике лаконично остроумно написал С. Вайнберг: «Физики считают, что способность математиков предвидеть, какие математические средства понадобятся для развития физических теорий, совершенно фантастична. Это похоже на то, как если бы Нейл Армстронг, делая в 1969 г. первые шаги по поверхности Луны, увидел бы в лунной пыли отпечатки сапог Жюля Верна» [Вайнберг 2008, 124].

Интереснейшую концепцию математизированности мироздания выдвинул Р. Пенроуз, выдающийся современный математик и астрофизик, профессор математики Оксфордского университета. Она являет собой гносеологически-онтологическое трактование мира, основанное на философии Платона. Задачу своей концепции Пенроуз видит в том, чтобы объяснить «то фундаментальное единство, которое, как показывает, в частности, теория Эйнштейна, существует между математикой и устройством мироздания (курсив мой. - Н.М.)» [Пенроуз 2005, 630].

Прежде всего Пенроуз заявляет: осознание того, что ключом к пониманию Вселенной является математика, есть первый  из важнейших прорывов в науке, и этим мы обязаны платонизму как учению, раскрывающему могущественную роль математики в познании мира. Совершенно гениальной мыслью древнего грека современный математик называет мысль о том, что математические высказывания описывают в действительности не реальные физические объекты, но некие идеальные сущности. По Платону, такие идеальные сущности образуют в совокупности собственный мир, отдельный и отличный от мира физического. Сегодня, говорит Пенроуз, мы называем этот мир платоновским миром математических форм.

Р. Пенроуз предугадывает возможные возражения и выдвижение иных точек зрения по поводу математики, в частности, что многочисленные математические модели существуют в наших многочисленных разумах, и не нужно платоновский мир наделять «реальностью». Однако, заявляет ученый, всем известно, как вопиюще неточны, ненадежны и противоречивы в суждениях наши индивидуальные разумы. «От научных же теорий, мы, напротив, ожидаем точности, достоверности и непротиворечивости, то есть такого, чего не найти ни в одном из наших индивидуальных (не заслуживающих, вообще говоря, никакого доверия) разумов. В математике неизмеримо больше здравого смысла, нежели можно обнаружить в любом отдельно взятом разуме. Не является ли это прямым указанием на то, что математика существует вне нас, что она обладает собственной реальностью, недоступной ни одному отдельному индивиду?» [Пенроуз 2007, 34]. Предвидит он и иное возражение: математический мир не обладает независимым существованием, это всего лишь совокупность неких идей, выкристаллизованных из многочисленных индивидуальных разумов, идей, которые по всеобщему согласию заслуживают полного доверия и принимаются как абсолютные истины. Но что это за всеобщее согласие? Согласие всех, кто в здравом уме, или согласие всех математиков, имеющих ученую степень не ниже доктора (хотя к временам Платона это, пожалуй, не подходит? - насмешливо замечает Пенроуз)? 

Когда, подчеркивает Пенроуз, я говорю о «существовании» платоновского мира,  я имею в виду всего-навсего объективность математической истины. Платоновскому миру могут принадлежать только те математические утверждения, истинность которых объективна. Именно в математической объективности и заключается главный смысл всей концепции математического платонизма. И здесь нет ничего «мистического» или «ненаучного».

В качестве доказательства объективности математических концепций Пенроуз, в частности, приводит знаменитый математический объект, называемый множеством Бенуа Мандельброта[iv]. Множество Мандельброта совершенно определенно не является изобретением человеческого разума, решительно утверждает профессор. Оно существует в самой математике, но отнюдь не в наших с вами разумах, ибо «ни один человек не в состоянии в полной мере постичь бесконечное разнообразие и безграничную сложность этого математического объекта». Узоры множества, подчеркивает Пенроуз, существуют и будут существовать всегда - в потенциально вневременном смысле, предполагающем, что в какое бы время, в каком бы месте, какое бы обладающее сознанием существо ни решило исследовать их структуру, оно всякий раз увидит в точности то же самое, что видим мы сегодня с вами [Пенроуз 2007, 38].

Следует подчеркнуть, что платоническая концепция объективного существования математики для Пенроуза не есть мимолетная мысль, посетившая профессора математики в минуту философской задумчивости, но строго продуманная, излагаемая из книги в книгу.

Можно соглашаться с Пенроузом или нет, но нельзя не отметить его стремление дать теоретическое обоснование уникальной способности математики как средства познания Природы, тогда как большинство ученых признают этот факт, но на нем - признании - и останавливаются. Конечно, существуют теории, стремящиеся дать обоснование математике, например,  логицизм, интуиционизм, конвенционализм, эффективизм и пр. Однако их создатели искали ответ на вопрос «Как работает математика?», но не на вопрос «Почему она язык Природы?». Лично я знаю одну (эрудированные товарищи меня поправят) попытку теоретического обоснования статуса математики - это Кант. Благодаря трансцендентальному основоположению «чистая математика со всей ее точностью становится приложимой к предметам опыта, тогда как без него это не было бы ясно само собой и, более того, вызвало бы много противоречий... и все увертки, будто предметы чувств могут не сообразоваться с правилами построения в пространстве (например, с бесконечной делимостью линий или углов), должны отпасть, так как тем самым мы бы отрицали объективную значимость пространства и  вместе с ним всей математики и утратили знание о том, почему и насколько математика приложима  к явлениям (курсив мой. - Н.М.)» [Кант 1994, 138].

Модель или реальность?

Развернем вопрос: научное познание - это познание окружающей нас реальности (включая галактики) или теоретическая модель этой реальности? Более прямолинейно и категорично  вопрос о познании реальности звучит у Питера Коулза: «На самом ли деле природа имеет математическую основу? Или же создаваемые нами правила лишь позволяют изобразить Вселенную на нескольких листах бумаги? Мы открываем физические законы или создаем их? (курсив мой. - Н.М.)» [Коулз 2009, 149]. Между прочим, Нильс Бор на последний вопрос ответил однозначно: вектор  ׀Ψ > (означает полное квантово-механическое состояние системы) есть чисто мысленная конструкция, т.е. этот вектор является способом описания мира, но не самим миром.

Первым сторонником «модельной» концепции, вероятно, можно считать Коперника, который утверждал, что его теория - это не описание реального движения небесных тел, но лишь более удобный способ вычисления. Скорее всего, это утверждение было вызвано идеологически-религиозными соображениями, но мысль была вброшена в научное пространство и с великим энтузиазмом подхвачена многими современными учеными. Образовалось два лагеря: «реалистов» и «модельеров» (так принято называть сторонников концепции науки как модели). В разных лагерях оказались даже такие давние коллеги, написавшие в соавторстве множество статей и доказавших совместно не одну теорию, как Хокинг и Пенроуз.

С. Хокинг - один из самых активных сторонников концепции модели. Наше научное знание, утверждает он, - это не более чем модель. Эти модели нужны для того, чтобы предсказывать результаты эксперимента.  Что же касается вопроса: «На самом ли деле в природе это устроено именно так», то это вопрос бессмысленный, потому что у нас не существует никакого способа проверить это. Существует только вопрос согласования результатов эксперимента с теорией, и это согласование никогда не дает ответа о том, что теория верна. Еще более резко он выражает свою позицию в «Кратчайшей истории времени»: «Чтобы говорить о природе Вселенной и рассуждать о том, имеет ли она начало или конец, следует уяснить, что представляет собой научная теория. Мы будем исходить из того наивного представления, что теория не более чем модель Вселенной или некоторой ее части, а также набор правил, которые помогают соотнести абстрактные величины и практические наблюдения. Теория существует только в наших умах и не имеет иной реальности (что бы ни означало это слово)» [Хокинг, Млодинов 2005, 17]. Более развернуто на вопрос: модель или реальность? Хокинг дает в книге «Черные дыры и молодые вселенные». Я бы назвал себя реалистом, заявляет он, в том смысле, что признаю существование вне нас Вселенной, ожидающей, когда ее исследуют и поймут. Позиция солипсиста - якобы все сущее есть наше воображение - это пустая трата времени. Но без какой-либо теории мы не можем выделить, что же во Вселенной реально, поэтому  я принимаю точку зрения, что «физическая теория - это просто математическая модель, используемая нами для описания результатов наблюдения» [Хокинг 2001, 52]. По Хокингу, невысказанная вера в независимую от модели реальность является глубинной причиной тех трудностей, с которыми философы науки сталкиваются при изучении квантовой механики и принципа неопределенности. 

Кстати, на фоне концепции модели мира, на мой взгляд, весьма двусмысленно звучит распространенное и в науке, и в теории познания выражение «научная картина мира». Красиво, конечно, но встает вопрос: эта картина отражает реальный мир или она написана ученым-художником его субъективным пером?

Р. Пенроуз резко критикует концепцию науки как модели. Многие физики, пишет он, чувствуют себя некомфортабельно при обращении к понятию «реальность». Они заявляют, что в отношении нашего формализма мы можем задавать вопросы лишь о том, может ли он давать ответы на правильно поставленные вопросы относительно изучаемой системы и согласуются ли эти ответы с наблюдаемыми фактами. «Моя собственная точка зрения такова, что в квантовой механике должен ставиться вопрос о "реальности"... Нам необходимо понятие физической реальности, хотя бы предварительное или приближенное, поскольку без нее наша объективная Вселенная, а значит, и вся наука просто исчезают перед нашим изумленным взором!» [Пенроуз 2007, 432-433][v]. Итак, что же  такое физическая реальность? - задается вопросом профессор математики. Этот вопрос был поставлен тысячи лет назад. Пенроуз дает смягченный вариант ответа на него, который должен, на его взгляд, удовлетворить и реалистов и модельеров:  "Вместо того чтобы пытаться ответить на вопрос "что такое?", большинство современных физиков старается обойти его. Эти физики заявляют, что вопрос неправильно поставлен: следует спрашивать не что есть реальность, а как она проявляется. "Как?" - вот основной вопрос, с которым мы встречались в этой книге: как описываются законы, управляющие нашей Вселенной и всем, что в ней находится» [Пенроуз 2007, 850].

Очень четко и категорично отстаивает свою позицию реалиста Эйнштейн: «Существует некоторое независимое от любых наблюдений или измерений "реальное состояние" физической системы, которое в принципе может быть описано принятыми в физике способами выражения» [Эйнштейн 1965, 78][vi]. На мой взгляд, скептическое отношение  Эйнштейна к  квантовой механики объясняется именно тем, что он сомневался в ее способности описать реальный физический мир (но вовсе не отрицал ее, как иногда пишут исследователи творчества ученого), надеясь, что кантовая механика в ходе своего развития таки «выйдет» на реальность.

Не так страстно, как Эйнштейн, но также твердо придерживается реализма в науке Вайнберг. Меня заботит, пишет он, логический порядок, встроенный в саму природу. «Говоря здесь о логическом порядке в природе, - продолжает ученый, - я молчаливо принял, как сказали бы историки или философы, позицию "реалиста", причем не в использующемся каждодневно смысле трезвомыслящего, лишенного иллюзий человека, а в значительно более древнем смысле человека, верящего в реальность абстрактных идей». Один из доводов в пользу своей позиции физик приводит тот факт, что физика, например, современной Японии и Индии ничем не отличается от физики Европы и Америки, несмотря на разительные отличия в культуре, языке, религии. Участие в дискуссии по квантовой теории поля или по слабым взаимодействиям, продолжает Вайнберг, в какой-нибудь аудитории в Цукубе или Бомбее «придает мне глубокую уверенность, что законы физики существуют сами по себе» [Вайнберг 2008, 40-41].

Но в конечном счете не все так просто. Например, геоцентрическая система мироздания древнегреческого астронома Птолемея, в истинность которой свято верили земляне,  просуществовала несколько столетий, пока не была опровергнута Коперником. Коперниковская теория, казалось бы, неопровержимо подтверждена  наблюдениями, и нет сомнений, что она отражает космологическую реальность. Но сторонники модели струн, построенной исключительно математическими средствами (что называется, на коленке), утверждают (вероятно, не без оснований), что она перевернет все наши современные представления о мире, времени, пространстве, т.е. станет знанием об истинной реальности. Может быть, именно так развивается наука: вчерашняя теория, казалось бы, отражающая реальность, уходит в небытие, вместо нее строится  модель определенного события, которая со временем, подтвержденная теоретическими доказательствами и экспериментами, становится знанием об окружающей нас действительности.

Две науки - два мира → Теория всего

Надо сказать, трудности в развитии, понимании и истолковании результатов, полученных в  квантовой физике, ничто по сравнению с проблемой абсолютной «нестыковки» законов макро- и микромиров, т.е. общей теории относительности и квантовой механики. Два фундаментальных столпа, на которых держится здание современной физики, в своей основе принципиально несовместимы. Если первые три типа удвоения, о которых я писала выше, порождены сознанием (невидимый мир богов, умопостигаемый мир философов и т.п.), то научное удвоение происходит на материальном уровне, парадоксально порождая две Вселенные, в которых действуют физические законы, категорически, радикально отличные друг от друга[vii]. Таким образом, современная наука, и прежде всего квантовая механика, совершенно четко доказывает, что ряд фундаментальных концепций, имеющих значение для понимания окружающего нас мира, теряет всякий смысл при переходе в мир микроскопический. Мы знаем, пишет, например, Пенроуз, что на субмикроскопическом уровне квантовые законы действительно работают, но на уровне крикетных шаров действует классическая физика: «Где-то между ними находится закон, который нам необходимо понять, чтобы увидеть, каким образом квантовый мир возникает внутри классического мира». (Пенроуз, кстати, убежден, «что этот новый закон нам непременно понадобится, если мы собираемся понять, как функционирует наш разум!» [Пенроуз 2005, 263].)  Значит,  необходима теория, объясняющая все фундаментальные особенности, лежащие в основе строения Вселенной, - теория всего.

вместо заключения

Лев Ландау писал: «Открытие принципа неопределенности показало, что человек в процессе познания может оторваться от своего воображения, он может открыть и осознать даже то, что ему не под силу представить». Мартин Рис (крупнейший астрофизик современности, президент Лондонского королевского общества) утверждает: «Несомненно, объяснения есть всему, но нет таких гениев, которые смогли бы их понять. Человеческий разум ограничен. И он достиг своего предела. Единая теория в принципе существует, но чтобы создать ее, никакого человеческого ума не хватит». Кто из них прав? Решайте сами.

Литература

Азимов 2006 - Азимов А. Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики. М., 2006.

Аронов 2011 - Аронов Р. Три мира есть у человека // Аронов Р. Физическая реальность и познание. М., 2011.

Вайнберг 2008 - Вайнберг С. Мечты об окончательной теории: Физика в поисках самых фундаментальных законов природы. М., 2008.

Грин - Грин Б. Ткань космоса: Пространство, время и текстура реальности. М., 2009.

Грин 2008 - Грин Б. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории. М., 2008.

Дынин 2010 - Дынин Б. Онтологичность мира: признание трансцендентного // Вопросы философии. 2010. № 5.

Кант 1994 - Кант И. Критика чистого разума. М.,1994.

Коулз 2009 - Коулз П. Космология. Очень краткое введение. М., 2009.

Кузнецов - Кузнецов Б.Г. Физика и реальность у Эйнштейна // Эйнштейн А. Физика и реальность. М., 1965.

Кюнг 2007 - Кюнг Г. Начало всех вещей. М., 2007.

Мандельброт 2002 - Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. М., 2002.

Пенроуз 2005 - Пенроуз Р. Новый ум короля. М., 2005.

Пенроуз 2005 - Пенроуз Р. Тени разума в поисках науки о сознании. М., 2005.

Пенроуз 2007 - Пенроуз Р. Путь к реальности, или законы, управляющие Вселенной. Москва-Ижевск, 2007.

Фейнман 1965 - Feynman R. The Character of Physical Law. Cambridge, 1965.

Фейнман 1988 - Feynman R. The Strange Theory of Light and Matter. Princeton, 1988.

Фейнман 2004 - Фейнман Р. Вероятность и неопределенность - квантово-механические взгляды на природу // Фейнман Р. Характер физических законов. Нобелевская и Мессенджеровские лекции. М., 2004.

Хокинг 2001 - Хокинг С. Черные дыры и молодые вселенные. М., 2001.

Хокинг 2009 - Хокинг С. Теория всего. Происхождение и судьба Вселенной. М., 2009.

Хокинг, Млодинов 2005 - Хокинг С., Млодинов Л. Кратчайшая история времени. М., 2005.

Шекли 2009 - Шекли Р. Обмен разумов. М., 2009.

Эйнштейн 1965 - Эйнштейн А. Предварительные замечания о фундаментальных понятиях // Эйнштейн А. Физика и реальность. М., 1965.

Примечания

[i] Ученые выдвигают гипотезу о существовании и третьего мира, помимо классического и субатомного. Это мир с так называемыми планковскими масштабами длины (10^{-33 см) и времени (10-43} с) (см.: [Аронов 2011, 112-125]).

[ii] Противостояние науки и повседневного опыта существовало всегда. Так, современники Галилея не могли поверить в то, что Земля вращается вокруг Солнца. Мы, говорили они, как-то почувствовали бы  это движение, но не чувствуем, значит, Земля неподвижна. Из этого возражения возник «принцип относительности Галилея»: при плавном и равномерном движении (например, корабля по спокойному морю) движение не ощущается (моряк не может сказать, плывет корабль или нет). 

[iii] В сущности синдром «знакомого» - это рассуждение по аналогии, в котором так преуспел Кант. Знаменитый фантаст Роберт Шекли так описывает этот синдром, названный им метафорической деформацией: «Видите ли, наша способность усваивать необычное не беспредельна, а когда путешествуешь на другие планеты, пределы оказываются очень узкими. Слишком много новых впечатлений, их приток становится невыносимым, и мозг ищет отдыха в буферном процессе аналогизирования. Этот процесс как бы создает мост между воспринятым известным и неприемлемым неизвестным, облекает невыносимое неизвестное в желанную мантию привычного» [Шекли 2009, 14].

[iv] Мандельброт доказывал, что многие формы, такие, как зернистые, ветвистые, похожие на морские водоросли и т.п., отныне могут изучаться и описываться в строгих количественных терминах. Овладев языком фракталов, можно описать, например, облако так же четко, как архитектор описывает здание с помощью чертежей, в которых используется традиционная геометрия (см.: [Мандельброт 2002]). Пенроуз приводит рисунок, изображающий множество Мандельброта. Невообразимо изящные узоры, скорее напоминающие хрупкие, виртуозные рисунки Обри Бёрдслея, но никак не математический объект.

[v] Чтобы определиться с понятием «реальность», мне пришлось бы отложить статью в сторону и немедленно приняться за написание монографии. Но думаю, можно ограничиться определением, предложенным Гансом Кюнгом: «Что такое вообще реальность? Я исхожу из элементарного и совершенно очевидного описательного определения, включающего "все вещи": реальность  это все, что есть - совокупность всего существующего» [Кюнг 2007, 18-19].

[vi] См. в том же сб.: [Эйнштейн 1965, 78]. Афоризм Эйнштейна (непревзойденным мастером которых был великий физик), лаконично выражающий его позицию как реалиста:  «Природа показывает нам лишь хвост льва. Но я нисколько не сомневаюсь в том, что лев действительно существует, хотя из-за своего огромного размера он не может сразу появиться целиком». Вот еще один, значимый для «реалиста»  Эйнштейна афоризм: «Наиболее необъяснимое во Вселенной - это то, что она объяснима».

[vii] О расколотости фундаментальных наук и причинах расколотости, а также о путях ее преодоления см.: [Дынин 2010].