Главная страница
qrcode

Теория всего


Скачать 471.44 Kb.
НазваниеТеория всего
АнкорKhoking - Teoria vsego Proiskhozhdenie i sudba Vselennoy.pdf
Дата04.11.2018
Размер471.44 Kb.
Формат файлаpdf
Имя файлаKhoking_-_Teoria_vsego_Proiskhozhdenie_i_sudba_Vselennoy.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#48064
страница6 из 8
Каталог
1   2   3   4   5   6   7   8
Психологическая стрела времени
Говорить о человеческой памяти очень трудно, потому что мы не знаем во всех д еталях,
как работает наш мозг. Однако мы знаем всё о том, как работает память компьютеров.
Поэтому я буду рассматривать психологическую стрелу времени на примере компьютера. Мне кажется правомерным заключить, что стрела времени одинакова для вычислительных машин и для людей. Иначе можно было бы сорвать большой кущ на фондовой бирже при помощи компьютера, помнящего завтрашние цены на акции
Компьютерная память — это во сновном некое устройство, которое пребывает водном изд вух состояний. Примером может служить сверхпроводящая проволочная петля. Если в ней есть электрический ток, он будет течь и течь, поскольку электрическое сопротивление в сверхпроводнике отсутствует. С другой стороны, при отсутствии тока петля будет существовать без него. Эти два состояния компьютерной памяти можно обозначить цифрами и Прежде чем те или иные данные записаны в память, она имеет неупорядоченное состояние, которое с равной вероятностью описывается 1 и 0. После того как память вступает во взаимодействие с системой, которую необходимо запомнить, она определенно будет водном состоянии или в другом в зависимости от состояния системы. Таким образом,
память переходит от неупорядоченного состояния к упорядоченному. Однако для того чтобы память наверняка находилась в правильном состоянии, необходимо затратить некоторое количество энергии. Тепловое рассеяние этой энергии увеличивает неупорядоченность. Можно показать, что этот рост неупорядоченности больше роста упорядоченности в памяти. Так что, когда компьютер записывает информацию в свою память, общее количество неупорядоченности во Вселенной увеличивается.
Направление времени, в котором компьютер запоминает прошлое, такое же, в каком нарастает беспорядок (энтропия. Значит, наше субъективное восприятие направления времени, психологическая стрела времени, предопределяется термодинамической стрелой.
Это делает второй закон термодинамики почти тривиальным. Беспорядок возрастает во времени, потому что мы отсчитываем время в том самом направлении, в котором нарастает беспорядок. Абсолютно беспроигрышный вариант.
Граничные условия для вселенной
Но почему Вселенная должна была обладать очень упорядоченным состоянием на одном конце времени, том конце, который мы называем прошлым Почему она не пребывает в состоянии полной неупорядоченности в любое время, всегда Ведь это представляется более вероятным. И почему направление времени, в котором беспорядок нарастает, совпадает с тем,
в каком расширяется Вселенная Один из возможных ответов таков Бог просто пожелал,
чтобы Вселенная вначале фазы расширения находилась вод нород ном и упорядоченном состоянии. Мы нед олжны стараться понять почему или спрашивать, каковы были Его резоны, поскольку зарождение Вселенной — это деяние Бога. Но тоже самое можно сказать и обо всей ее истории.
Похоже, что Вселенная развивается в согласии с четко определенными законами.
Опред елены они Богом или нет, в любом случае мы способны открывать и постигать их. Неразумно ли в таком случае надеяться, что те же или сходные законы действовали при зарождении Вселенной В классической общей теории относительности Вселенная начинается с сингулярности бесконечной плотности при бесконечной кривизне про странства-времени. При таких условиях должны нарушаться все известные законы физики.
Так что их нельзя применять для предсказания того, как начиналась Вселенная.
Начальное состояние Вселенной могло быть весьма однородными упорядоченным. Это привело к точно определенным термодинамической и космологической стрелам времени,
какие мы наблюдаем. Нос такой же вероятностью развитие Вселенной могло начаться с предельно неоднородного и беспорядочного состояния. В этом случае беспорядок в совершенно хаотической Вселенной не мог возрастать со временем. Он должен был либо оставаться постоянным (в этом случае не существовало бы никакой определенной термодинамической стрелы времени, либо уменьшаться (и тогда термодинамическая и космологическая стрелы времени были бы направлены в противоположные стороны. Ни одна из этих возможностей не согласуется с наблюд ениями.
Как я упоминал, классическая общая теория относительности предсказывает, что
Вселенная возникает из сингулярности, в которой кривизна про странства-времени бесконечна. По сути, это означает, что классическая общая теория относительности предсказывает собственный крах. При очень больших искривлениях про странства-времени эффекты квантовой гравитации становятся существенными и классическая теория уже нед ает удовлетворительного описания Вселенной. Для того чтобы понять, как зарождалась Вселенная, надо использовать квантовую теорию гравитации.
В квантовой теории гравитации рассмотрению подлежат всевозможные истории
Вселенной. И каждой истории соответствует пара чисел. Одно характеризует размер волны, а второе — ее фазу (гребень или впадина. Вероятность того, что Вселенная будет обладать тем или иным специфическим свойством, определяется сложением всех волн,
соответствующих историям, которые обладают этим свойством. Истории должны представлять собой искривленные пространства, отображающие эволюцию Вселенной во времени. Но и тогда нам придется определить, как возможные истории Вселенной ведут себя на границе про странства-времени в прошлом. Мы не знаем и не можем знать граничных условий для Вселенной в прошлом. Однако этой трудности можно избежать, если граничные условия для Вселенной состоят в том, что у нее нет границы. Другими словами, всевозможные истории конечны по протяженности, ноне имеют ни границ, ни краев, ни сингулярностей. Все они напоминают поверхность Земли, которой приданы два дополнительных измерения. В этом случае начало времени должно быть обычной гладкой точкой в про странстве-времени. Значит, расширение Вселенной должно было начаться сочень ровного и упорядоченного состояния. Оно не могло быть совершенно од нород ным,
потому что это нарушило бы принцип неопределенности квантовой теории. В
распред елениях плотности и скоростей частиц должны были иметься небольшие флуктуации. Условие об отсутствии границы, однако, лимитирует величину этих флуктуаций,
свод я ее к минимально необходимому значению в соответствии с требованиями принципа неопределенно сти.
Развитие Вселенной должно было начаться с периода экспоненциального
(инфляционного) расширения. Это привело бык многократному увеличению ее размеров. Вовремя расширения флуктуации плотности сперва оставались бы небольшими, но затем начали бы расти. Расширение областей с плотностью немного выше средней было бы замедлено гравитационным притяжением избыточной массы. Рано или поздно такие области вообще прекратили бы расширяться и пережили коллапс, ведущий к образованию галактик, звезд и существ, подобных нам.
Од нород ная и упорядоченная вначале, Вселенная стечением времени должна была становиться неоднородной и неупорядоченной. Этим объясняется существование термодинамической стрелы времени. Вселенная должна была начаться с состояния высокой степени упорядоченности и со временем стать менее упорядоченной. Как я показал ранее,
психологическая стрела времени указывает в том же направлении, что и термод инамическая.
Поэтому наше субъективное восприятие времени имело бы скорее туже направленность, что и расширение Вселенной, нежели противоположную направленность, соответствующую сжатию.
Обратима ли стрела времени
Но что произошло бы, если (когда) расширение Вселенной прекратилось бы, уступив место сжатию Не обратилась бы вспять термодинамическая стрела времени и не начал бы беспорядок сокращаться стечением времени Для людей, переживших переход от расширения к сжатию, это обернулось бы разного рода возможностями в духе научной фантастики. Увидят ли они, как разбитые чашки сами собой складываются изо сколков и вспрыгивают на стол Сколотят ли состояние на фондовой бирже, припомнив завтрашние котировки акций?
Вам может показаться сугубо умозрительным беспокойство о том, что случится в результате коллапса Вселенной, коль скоро размеры ее не начнут сокращаться в ближайшие десять миллиардов лет. Но есть более быстрый способ определить, что случится, — прыгнуть в черную дыру. Коллапс звезды, которая должна превратиться в черную дыру, в значительной мере напоминает последние стадии коллапса всей Вселенной. Так что если беспорядок уменьшается в фазе сжатия Вселенной, можно ожидать, что он уменьшается ив черной д ыре.
Возможно, астронавт, угодивший в черную дыру, выиграет кучу денег в рулетку, припомнив,
куд а отправился шарик перед тем, как была сделана ставка. К несчастью, однако, в рулетку астронавт играл бы недолго, потому что очень сильные гравитационные поля быстро превратили бы его в лапшу. Равным образом он не смог бы ни сообщить нам, обратима ли термодинамическая стрела времени, ни положить свой выигрыш в банк, потому что навеки остался бы за горизонтом событий, пойманный в ловушку черной д ыры.
Поначалу я верил в уменьшение беспорядка при обратном сжатии Вселенной. А все потому, что считал, будто с уменьшением размеров Вселенная должна вернуться к упорядоченному и однородному состоянию. Это означало бы, что в фазе сжатия время, за которое произошла стадия расширения, потечет вспять. Люди в фазе сжатия проживали бы свою жизнь от конца к началу. Умирали бы раньше, чем рождались, и молодели бы по мере сжатия Вселенной. Эта идея привлекательна, поскольку устанавливает точную симметрию между фазами расширения и сжатия. Однако ее нельзя принять саму по себе, независимо отд ругих представлений о Вселенной. Вопрос вслед ующем: согласуется она или нет с предположением об отсутствии границы?
Как уже упоминалось, я поначалу думал, что условие об отсутствии границы действительно предполагает уменьшение беспорядка в фазе сжатия Вселенной. Это убеждение основывалось на работе над простой моделью Вселенной, в которой фаза сжатия похожа на обращенную во времени фазу расширения. Однако мой коллега Дон Пейд ж указал, что это условие вовсе не требует со всей неизбежностью, чтобы фаза сжатия была подобна обращенной во времени фазе расширения. Позднее мой студент Раймон Лафламм обнаружил, что в чуть более сложной модели процесс сжатия Вселенной существенно отличается от расширения. Я понял,
что допустил ошибку. На самом деле условие отсутствия границы не предполагало, что беспорядок будет уменьшаться в фазе сжатия. Нив сжимающейся Вселенной, нив черной дыре термодинамическая и психологическая стрелы времени не меняют своего направления.
Что же делать, когда обнаруживаешь, что совершил такую ошибку Кое-кто, подобно Эд д ингтону, никогда не признают, что ошибались. Они продолжают искать новые, зачастую взаимоисключающие, аргументы в поддержку своей позиции. Другие делают вид , будто никогда всерьез не поддерживали неверных взглядов, а если и поддерживали, то только для того, чтобы выявить их несостоятельность. Я мог бы привести множество примеров, ноне стану, потому что это не прибавит мне популярности. Самым лучшими щадящим самолюбие выходом мне представляется признание своей ошибки в печати. Хорошим примером может
служить Альберт Эйнштейн, признавший, что введение космологической постоянной для обоснования стационарной модели Вселенной было величайшей ошибкой его жизни
Седьмая лекция. Теория всего Было бы очень трудно с одной попытки создать полную объединенную теорию всего на свете. Так что вместо этого мы продвигались вперед , развивая частные теории. Они описывают ограниченный набор событий, пренебрегая другими эффектами или оценивая их приближенно определенными величинами. Например, в химии мы можем рассчитывать взаимодействия между атомами, не зная внутреннего строения атомного ядра. Вид еале,
конечно, мы должны стремиться к построению полной, непротиворечивой, объединенной теории, которая включала бы в себя все частные теории как приближения. Поиски такой теории получили название объединения физики».
Эйнштейн почти все последние годы жизни потратил на неудачные поиски объединенной теории, однако ее время тогда еще не пришло слишком мало было известно о ядерных силах. Более того, Эйнштейн отказывался верить в реальность квантовой механики,
несмотря на ту важную роль, которую сыграл в ее развитии. Тем не менее принцип неопределенности, похоже, является фундаментальной особенностью Вселенной, в которой мы живем. Поэтому не может быть успешной объединенной теории без этого принципа.
Перспективы создания такой теории представляются более реальными сегодня, когда мы гораздо больше знаем о Вселенной. Ноне стоит обольщаться. Мы уже обманывались в прошлом. Вначале в, например, считалось, что все можно объяснить с помощью свойств непрерывной материи, таких как упругость и теплопроводность. Конец этому положило открытие структуры атома и принципа неопределенности. В то время, в 1928 г.,
немецкий физик Макс Борн сказал группе посетителей Геттингенского университета:
«Развитие известной нам физики, по-вид имому, завершится в ближайшие шесть месяцев. Его уверенность опиралась на недавнее открытие Дирака, который вывел уравнение,
описывающее поведение электрона. Предполагалось, что сходное уравнение будет управлять поведением протона, единственной другой элементарной частицы, известной в то время, и это будет концом теоретической физики. Однако открытие нейтрона и ядерных сил опрокинуло эти пред ставления.
Говоря так, я все же верю, что существует почва для осторожного оптимизма возможно,
мы близки к концу поисково сновных законов природы. В настоящее время мы располагаем целым рядом частных теорий. У насесть общая теория относительности, частная теория гравитации и частные теории сильного и слабого ядерных взаимодействий, а также электромагнетизма. Последние три могут составить так называемую великую объединенную теорию. Но удовлетвориться этим нельзя, потому что она не включает в себя теорию гравитации. Основная сложность на пути объединения гравитации с другими физическими взаимодействиями состоит в том, что общая теория относительности является классической,
то есть в нее не входит принцип неопределенности квантовой механики. Между тем другие частные теории существенным образом зависят от квантовой механики. Поэтому первым необходимым шагом представляется объединение общей теории относительности с принципом неопределенности. Как уже было показано, это имело бы некоторые замечательные следствия, например, такие, что черные дыры не так уж черны, а Вселенная полностью замкнута и не имеет границы. Но вот проблема:
принцип неопределенности предполагает, что даже пустое пространство заполнено парами виртуальных частиц и античастиц. Эти пары должны обладать бесконечной энергией. А
значит, их гравитационное притяжение должно бы свернуть Вселенную до бесконечно малого размера
Довольно похожие, по-вид имому абсурдные, бесконечности встречаются в других квантовых теориях. Однако в этих других теориях их удается исключать при помощи операции, называемой перенормировкой. Она включает подгонку масс частиц и сил их взаимодействий за счет введения новых бесконечно стей. Хотя подобная операция довольно сомнительна сточки зрения математики, она работает. С ее помощью удалось получить предсказания, которые с невероятной точностью согласуются с наблюд ениями.
Перенормировка, однако, имеет существенный недостаток сточки зрения создания объединенной теории. При вычитании бесконечности из бесконечности можно получить любой желаемый результат. Следовательно, теория не позволяет предсказывать действительные значения масс частиц и сил взаимодействий. Вместо этого их приходится подбирать, подгоняя под наблюдения. В общей теории относительности можно подгонять только две величины — силу притяжения и космологическую постоянную. Но этого недостаточно для исключения всех бесконечно стей. Таким образом, мы имеем теорию,
которая, похоже, предсказывает, что некоторые величины, например кривизна пространства- времени, действительно бесконечны, ив тоже время наблюдения и измерения показывают,
что они имеют конечные значения. В попытке преодолеть это препятствие в 1976 г. была предложена теория супергравитации. По сути, это была общая теория относительно сти,
пред полагающая существование некоторых дополнительных частиц.
В общей теории относительности носителем гравитационных сил является гравитон,
гипотетическая частица со спином 2. К ней добавили частицы со спинами 3/2, 1, 1/2 и 0. В
некотором смысле их можно рассматривать в качестве различных аспектов одной и той же
«суперчастицы». Виртуальные пары частица/античастица со спинами 1/2 и 3/2 должны обладать отрицательной энергией, которая погасит положительную энергию виртуальных пар частиц со спинами 0,1 и 2. Таким способом можно сократить многие из возможных бесконечно стей, но, по-вид имому, не все. Однако вычисления, способные прояснить,
о станутся ли несокращенными некоторые бесконечности, настолько сложны и труд оемки,
что пока никто неготов их проделать. Полагают, что даже при использовании компьютера на это ушло бы не менее четырех лет. И очень высока вероятность того, что в расчетах будет допущена по меньшей мере одна ошибка, а может, и больше. Поэтому точность выведенного результата потребовалось бы подтвердить проделанными еще кем-то повторными расчетами, давшими тот же итог, что представляется маловероятным.
Из-за этой проблемы мнение склонилось в пользу теорий струн. Основным объектом в этих теориях выступают не частицы, занимающие единичную точку в пространстве, а протяженные образования, которые обладают только длиной, но никакими другими измерениями и напоминают петли из бесконечно тонких струн. В каждый момент времени частица занимает определенную точку пространства. Так что ее история может быть представлена линией в про странстве-времени, которую называют мировой линией. Между тем струна в каждый момент времени занимает в пространстве линию. Так что ее история в про странстве-времени представляет собой двухмерную поверхность, которую называют
«мировым листом. Любая точка на мировом листе может быть описана двумя числами, одно из которых характеризует время,
а второе — положение точки на струне. Мировой лист струны имеет вид цилиндра или трубки. Круговое сечение трубки отображает положение струны в определенный момент времени.
Две струны могут соединяться вод ну, подобно тому как соединяются две штанины брюк. Сходным образом одну струну можно разделить над ве. В теориях струн то, что раньше считалось частицами, представляется волнами, распространяющимися вдоль струны
как вдоль веревки. Испускание частиц и их взаимное поглощение соответствуют разделению и соединению струн. Например, гравитационное воздействие Солнца на Землю описывается
Н-образной конфигурацией из трубок или волноводов. (Теории струн чем-то напоминают водопроводное дело) Волны, бегущие под вум вертикальным сторонам этого «Н»,
соответствуют частицам, испускаемыми поглощаемым Солнцем и Землей, а те, что бегут по горизонтальной перемычке, — гравитационным взаимодействиям между этими частицами.
Теория струн имеет довольно странную историю. Она была предложена в конце х гг. в попытке отыскать концепцию сильного ядерного взаимодействия. Идея состояла в том,
что элементарные частицы — протон и нейтрон — можно рассматривать как волны,
распро страняющиеся вдоль струны. Тогда сильное ядерное взаимодействие между частицами соответствовало бы отрезкам струны, соединяющим между собой другие отрезки,
как в паутине. Для того чтобы эта теория давала наблюдаемые значения сильного ядерного взаимодействия между частицами, струны должны были напоминать резиновые ленты,
натянутые с усилием порядка десяти тонн.
В 1974 г. Жоэль Шерк и Джон Шварц опубликовали статью, где показали, что теория струн может описывать гравитационные силы, но лишь при условии, что натяжение струн будет значительно сильнее — около 10 39
тонн. Теория струн давала быте же пред сказания,
что и общая теория относительности, при обычных масштабах длины, нона очень малых расстояниях — менее 10
-33
см — появлялись бы расхождения. Работа Шерка и Шварца,
од нако, не привлекла особенного внимания, поскольку к этому времени большинство ученых отказалось от использования исходной теории струн для сильных взаимодействий. Шерк погиб при трагических обстоятельствах. Он страдал отд иабета и впал в кому, когда рядом не оказалось никого, кто мог бы ввести ему инсулин. Так что Шварц остался чуть лине единственным защитником теории струн, но теперь уже предполагающей более высокое натяжение.
Интерес к теории струн неожиданно возродился в 1984 г, и на то было две причины. Во- первых, попытки показать, что супергравитация конечна и что она объясняет существование наблюдаемых нами частиц, не имели особого успеха. Во-вторых, Джон Шварц и Майкл Грин написали статью, из которой следовало, что теория струн способна объяснить существование частиц, обладающих врожденной леворукостью, как некоторые из наблюдаемых частиц. Так или иначе, многие вновь занялись теорией струн. Появилась новая ее версия — теория гетеротических струн. Создавалось впечатление, что она способна объяснить существование тех типов частиц, которые мы наблюд аем.
Теории струн также приводят к бесконечно стям, но считается, что бесконечности эти можно сократить в версиях, подобных теории гетеротических струн. Возникает, од нако,
более серьезная проблема. Теории струн совместимы только с про странством-временем,
которое имеет 10 или 26 измерений вместо обычных 4. Конечно, дополнительные измерения стали общим местом в научной фантастике, без них уже никуда. Иначе никак не обойдешь то обстоятельство, что теория относительности налагает запрет на перемещения со сверхсветовой скоростью, а значит, нужно слишком много времени для того, чтобы пересечь нашу Галактику, не говоря уже о путешествиях в другие галактики. Писатели-фантасты изыскали короткий путь через иные измерения. Это можно изобразить так. Представьте себе, что пространство, в котором мы живем, имеет только два измерения и изогнуто на манер бублика или тора. Если вы находитесь на одной стороне кольца и хотите перебраться над ругую, вам придется пройти вдоль по кольцу.
Од нако если вы способны перемещаться в третьем измерении, то сможете срезать путь,
д винувшись поперек кольца
Почему мы не замечаем всех этих дополнительных измерений, если они действительно существуют Почему воспринимаем лишь три пространственных измерения и одновременное Напрашивается предположение, что эти другие измерения свернуты в пространство ничтожно малых размеров — вроде одной миллионной миллионной миллионной миллионной миллионной доли сантиметра. Оно так мало, что мы его не замечаем. Мы воспринимаем только три измерения пространства и одно измерение времени, в которых про странство-время совершенно плоское. Это как поверхность апельсина:
разгляд ывая ее вблизи, мы различаем множество бугорков и неровностей, но при некотором удалении они словно бы сглаживаются. Таки про странство-время в очень малых масштабах имеет 10 измерений и значительную кривизну. Но при увеличении масштаба вы не видите искривления или дополнительных измерений.
Если описанная картина верна, это плохая новость для тех, кто мечтает око смических путешествиях. Дополнительные измерения слишком малы, чтобы вместить космический корабль. Однако возникает другая важная проблема. Почему лишь некоторые, ноне все измерения, свернуты в крошечные шарики Возможно, на ранней стадии развития Вселенной сильно искривленными были все измерения. Почему же три измерения пространства и одно измерение времени стали плоскими, а все остальные остались свернутыми?
Од ин из возможных ответов сводится к антропному принципу. Двух пространственных измерений, видимо, недостаточно для появления столь сложно организованных существ, как мы. Например, двухмерным людям, обитающим на поверхности одномерной Земли,
пришло сь бы взбираться друг над руга, чтобы разминуться при встрече. Если бы двухмерное существо съело что-нибуд ь и не смогло полностью переварить пищу, ему пришлось бы извергнуть непереваренные остатки тем же путем, каким они были проглочены, по скольку,
пройд я сквозь тело, эти остатки разделили бы его пополам. Трудно также представить циркуляцию крови в двухмерном существе. Проблемы возникли бы и при наличии более трех пространственных измерений. Гравитационное притяжение между двумя телами с ростом расстояния уменьшалось бы быстрее, чем в трех измерениях. А потому орбиты обращающихся вокруг Солнца планет, таких как Земля, были бы нестабильны. Малейшее отклонение от круговой орбиты, какое может быть вызвано гравитационным притяжением других планет, заставило бы Землю, двигаясь по спирали, удаляться от Солнца или приближаться к нему. Мы или замерзли бы, или сгорели. По сути, подобное изменение гравитации с расстоянием угрожало бы устойчивости Солнца. Оно или распалось бы, или испытало коллапс, превратившись в черную дыру. В любом случае Солнце уже не могло бы служить источником тепла и света для земной жизни. В малых масштабах электрические силы, заставляющие электроны обращаться вокруг атомного ядра, повели бы себя подобно силам гравитаций. Так что электроны, перемещаясь по спирали, либо покидали бы атом, либо врезались бы в ядро. Так или иначе, существование атомов в известном нам виде было бы невозможно.
Пред ставляется очевидным, что жизнь, по крайней мере в известном нам виде, может существовать лишь в тех областях про странства-времени, где три пространственных и одновременное измерение не свернуты до ничтожных размеров. Это вновь вернет нас к антропному принципу, если удастся доказать, что теория струн допускает существование таких областей во Вселенной. И, похоже, все теории струн это допускают. Возможно, также существуют другое области Вселенной или другие вселенные (чтобы это ни означало, в которых свернуты все измерения или больше четырех измерений развернуто. Нов таких областях не будет разумных существ, способных наблюдать иное число действительных измерений.
Помимо вопроса о числе измерений про странства-времени в теории струн существует и несколько других проблем, не решив которых ее нельзя признать окончательной объединенной теорией физики. Мы все еще не знаем, сокращаются ли все бесконечности и как в точности соотнести волны, расходящиеся по струнам, с конкретными типами наблюдаемых частиц. Тем не менее похоже на то, что эти вопросы будут разрешены в ближайшие годы и к концу века мы узнаем, действительно ли теория струн представляет собой объединенную теорию физики, способную выдержать испытание временем.
Можно ли вообще создать объединенную теорию всего Не гоняемся ли мы за миражом?
Похоже, существуют три возможности. Создание полной объединенной теории возможно, и когд а-нибуд ь мы ее созд ад им,
если хватит ума. Нельзя создать окончательную теорию Вселенной — только бесконечную последовательность теорий, описывающих Вселенную все более и более точно. Нельзя создать какую-либо теорию Вселенной. События могут быть предсказаны лишь до известного предела, они происходят случайным, произвольным образом.
Некоторые выскажутся в пользу третьей возможности, основываясь на том, что существование полного набора физических законов ограничило бы свободу Бога изменять
Его замысел и вмешиваться вход мироздания. Это отчасти напоминает старый парадокс под силу ли Богу создать такой тяжелый камень, что у Него не хватит сил этот камень поднять Но идея о том, что Бог способен переменить свой замысел, есть пример заблуждения, на которое указывал Блаженный Августин: Бог мыслится как нечто существующее во времени.
Время — это лишь свойство созданной Богом Вселенной. Наверное, Он отдавал Себе отчет в
Своих намерениях при сотворении мира.
С появлением квантовой механики мы пришли ко сознанию того, что события нельзя предсказать с абсолютной точностью, поскольку всегда будет оставаться элемент неопределенности. При желании эту неопределенность можно приписать вмешательству
Бога. Но это было бы очень странное вмешательство. Нет никаких свидетельств того, что оно преследует некую цель. Иначе оно не было бы случайным. Сегодня мы отклонили третью возможность, заново определив цель науки. Наша цель — сформулировать набор законов природы, позволяющих предсказывать события в пределах, допускаемых принципом неопределенно сти.
Вторая возможность, предполагающая выработку бесконечной последовательности все более и более точных теорий, пока согласуется с нашим опытом. Во многих случаях, повысив точность измерений и разработав новые методы исследования, мы обнаруживали новые явления, непредусмотренные существующими теориями. Для объяснения таких явлений нам приходилось создавать более совершенные теории. Поэтому не следует удивляться, если наши современные великие объединенные теории будут опрокинуты испытаниями на более крупных и более мощных ускорителях частиц. Конечно, если бы мы не ожидали ниспровержения теорий, не стоило бы тратить массу денег на создание новых,
более мощных устройств.
Похоже, впрочем, что гравитация способна положить предел череде упрятанных друг в друга коробочек. Если бы существовала частица с энергией, превышающей так называемую энергию Планка (10 19
ГэВ, концентрация ее массы была бы столь высока, что частица отсекла бы себя ото стальной Вселенной и образовала небольшую черную д ыру.
Таким образом, создание все более и более совершенных теорий, кажется, получает предел при переходе к очень высоким энергиям. Должна существовать некая окончательная теория
Вселенной. Разумеется, энергия Планка очень далека от энергий порядка одного гигаэлектронвольта, предельных для наших нынешних лабораторий. Чтобы перекинуть мост через эту пропасть, потребовался бы ускоритель, размерами превосходящий Солнечную систему. Вряд ли его создание финансировали бы при нынешнем экономическом положении.
Од нако на самых ранних стадиях развития Вселенной такие энергии могли существовать.
Думаю, есть неплохие шансы на то, что изучение ранней Вселенной и необходимость в математической согласованности приведут нас в конце столетия к созданию полной объединенной теории — если мы, конечно, доживем до тех пор
[3]
А что означало бы создание окончательной теории Вселенной Оно завершило бы долгую и славную главу в истории нашей борьбы за постижение мира. При этом совершился бы и переворот в обыденных представлениях о законах, управляющих Вселенной. Во времена
Ньютона образованный человек был в состоянии овладеть всеми знаниями человечества, по крайней мере во сновных чертах. Нос тех пор темпы развития науки сделали такое невозможным. Теории всегда изменялись, чтобы соответствовать новым наблюдениям. Их невозможно было подстроить или упростить таким образом, чтобы они были понятны обычному человеку. Для понимания их надо быть специалистом, да и тогда можно надеяться на овладение лишь малой частью научных теорий.
Более того, скорость прогресса столь велика, что знания, полученные в школе и университете, всегда оказываются слегка устаревшими. Лишь немногие люди могут оставаться наперед нем крае науки, который быстро раздвигается. Причем они должны посвятить этому все свое время и специализироваться в узкой области. Все прочие едва ли имеют представление од о стижениях современной науки или о том волнении, которое возбуждается этими до стижениями.
Семьд есят лет назад , если верить Эд д ингтону, всего два человека в мире понимали общую теорию относительности. Сегодня ее понимают десятки тысяч выпускников университетов, и многие миллионы людей хотя бы знакомы с этой идеей. Если окончательная объединенная теория будет создана, приведение ее к виду, доступному для понимания многих, сокращенному и упрощенному, станет лишь вопросом времени. После этого ее можно будет преподавать в школах (по крайней мере, в общем виде. И все мы получим представление о том, какие законы правят Вселенной и ответственны за наше существование.
Эйнштейн как-то задал вопрос Широк ли был выбору Бога при создании Вселенной?»
Если справедливо предположение об отсутствии границы, то у Бога не было никакой свободы выбора начальных условий. Разумеется, Он все же был волен выбирать законы,
которым подчиняется Вселенная. Только этим, однако, выбор мог и не ограничиваться.
Возможно, существует лишь одна или небольшое число полных объединенных теорий,
которые внутренне непротиворечивы и допускают существование разумной жизни.
Мы можем задаваться вопросом о природе Бога, даже если существует всего одна объединенная теория, представляющая собой просто набор правили уравнений. Что вдохнуло пламя жизни в уравнения и создало Вселенную, которую они описывают Обычный научный подход построение математической модели нед ает ответа на вопрос о том,
почему должна существовать моделируемая Вселенная. Почему Вселенная должна нести бремя существования Неужели объединенная теория так необорима, что вызывает к жизни самое себя Или все-таки нужен Творец, а если так — имеет ли Он влияние на Вселенную или всего лишь несет ответственность за ее сотворение И кто создал Создателя До настоящего времени большинство ученых были слишком заняты развитием новых теорий, описывающих, какова Вселенная, чтобы задаться вопросом, почему она такова. С
д ругой стороны, люди, обязанные породу занятий задавать вопрос почему (то есть
философы, не поспевали за прогрессом научных теорий. В XVIII в. философы считали областью своей деятельности всечеловеческое знание (включая научное. Они обсуждали такие проблемы, как имела ли Вселенная начало. Однако в XIX-XX вв. наука стала изъясняться на языке техники и математики, непонятном для философов, за небольшим исключением. И
они настолько сократили область своих исследований, что самый знаменитый философ в, Людвиг Витгенштейн, заявил Единственная задача, оставшаяся для философии это анализ языка. Какой упадок великой философской традиции, продолжавшейся от Аристотеля до Канта!
Од нако если мы создадим полную теорию, она со временем, в самых своих о сновах,
станет понятной всем, а не только немногим специалистам. Тогда мы все сможем принять участие в дискуссии о том, почему существует Вселенная. Если мы найдем ответ, это будет абсолютным триумфом человеческого разума. И, возможно, мы поймем замысел Бога
Диски необитаемого острова. Интервью Из книги Стивена Хокинга ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И МОЛОДЫЕ ВСЕЛЕННЫЕ»
Би-би-си начала транслировать передачу Диски необитаемого острова в 1942 г, и эта программа установила на радио рекорд долговечности. К настоящему времени она стала чем- то вроде национального достояния. За все эти годы программа приняла огромное количество гостей. В ней брали интервью у писателей, артистов, музыкантов, киноактеров и кинорежиссеров, деятелей спорта, комиков, поваров, садовников, учителей, танцоров,
политиков, членов королевской семьи, мультипликаторов — и ученых. Гостей просили выбрать восемь ауд иозаписей, которые они взяли бы с собой, если бы им пришлось остаться вод иночестве на необитаемом острове. Их также просили назвать предмет роскоши и книгу
(пред полагалось, что Библия, Тора и Коран на острове уже есть, также как и сочинения
Шекспира). Считалось само собой разумеющимся, что на острове найдутся и средства воспроизведения, когд а-то — граммофон и множество игл к нему, сегодня заряжающийся от солнечного света CD-плеер.
Программа выходила в эфир каждую неделю, ив ходе интервью, продолжавшихся, как правило, сорок минут, проигрывали записи по выбору гостей. Однако представленное здесь интервью со Стивеном Хокингом, транслировавшееся на Рождество в 1992 г, в виде исключения продолжалось дольше. Интервью брала Сью Лоули.
1   2   3   4   5   6   7   8

перейти в каталог файлов


связь с админом