Глава 1. Трепет понимания

Хотя вымысел всегда будет частью истории человечества и даже науки, а наша жизнь без него была бы только беднее, современная наука потеснила мифы и связанные с ними суеверия. Миф о создании мира – хороший пример того, как мы демистифицировали наш подход к пониманию мира. С древнейших времен человечество сочиняло истории о начале мира, о божествах, которые имели к этому отношение, – от шумерских легенд о боге Ану, или Небесном Отце, до греческих мифов о Гее, созданной из Хаоса, или мифа о создании мира в авраамических религиях, которые все еще считаются истинными во многих сообществах в разных странах. Многим неспециалистам может показаться, что существующие космологические теории о происхождении Вселенной ничем не лучше религиозных представлений, которым они пришли на смену. И если внимательнее взглянуть на некоторые спекулятивные теории современной теоретической физики, придется согласиться, что такие мнения не лишены оснований. Но рациональный анализ и тщательные наблюдения – трудоемкий процесс тестирования и накапливания научных данных, а не принятие толкований на веру – позволили нам достаточно уверенно утверждать, что многое о нашей Вселенной нам уже известно. Мы также можем утверждать, что еще не разгаданные тайны не обязательно связаны с чем-то сверхъестественным. Это явления, которые нам еще предстоит объяснить, которые мы, как я надеюсь, однажды поймем благодаря нашему разуму, анализу и – да… физике.

В противоположность отдельным мнениям научный метод – это не просто еще один способ смотреть на мир, это не еще одна идеология или система верований. Это то, каким образом мы познаем природу методом проб и ошибок, экспериментов и наблюдения, через готовность отказаться от идей, которые оказываются неверными или незавершенными, и принять новые, более удачные, а также через распознавание закономерностей в природе и прекрасного в математических уравнениях, которые описывают эти закономерности. Мы все время углубляем свои представления и приближаемся к «истине» – к тому, каким действительно является мир.

Конечно, у ученых те же мечты и предрассудки, что и у всех остальных; они придерживаются взглядов, которые не всегда объективны. То, что одна группа ученых называет принятым мнением, другая группа может считать догмой. То, что одно поколение считает установленным фактом, следующее может полагать наивной ошибкой. Точно так же, как в религии, политике или спорте, в науке всегда бушуют споры. Всегда существует опасность, что, пока какая-то проблема остается неразрешенной или по крайней мере решение подвергается сомнению, позиции различных сторон превратятся в идеологические оковы. Каждая из точек зрения может иметь свои нюансы и сложности, а ее защитники иногда способны проявить такую же неуступчивость, как и в идеологических дебатах. И точно так же, как в отношении к религиозным, политическим, культурным, расовым и гендерным вопросам, иногда только новое поколение способно сбросить оковы прошлого и сдвинуть научные дебаты с мертвой точки.

Но есть нечто существенное, что отличает науку от остальных областей человеческой деятельности. Одно-единственное точное наблюдение или экспериментальный результат могут в одночасье опровергнуть давно утвердившуюся теорию и предложить новый взгляд на вещи. Это значит, что мы должны более всего доверять тем теориям и толкованиям природных явлений, которые выдержали проверку временем; именно в их верности мы уверены более всего. Земля вертится вокруг Солнца, а не наоборот; Вселенная расширяется, она не статична; скорость света в вакууме всегда остается постоянной, с какой бы скоростью ни двигался измеряющий ее человек, и так далее. Когда совершается новое важное научное открытие, которое изменяет наш взгляд на мир, не все ученые сразу его принимают. Но это их собственная проблема. Научный прогресс неисчерпаем, что, кстати, всегда к лучшему: знание и просвещенность всегда лучше, чем невежество. Мы начинаем с незнания, но стремимся узнать… И хотя по пути мы можем спорить, нельзя игнорировать то, что мы обнаружили. Когда речь заходит о научном понимании того, что такое мир, идея о том, что «счастье в незнании», – это просто ерунда. Как сказал однажды Дуглас Адамс, «я всегда предпочту трепет понимания трепету незнания».

Чего мы не знаем

Верно и то, что мы постоянно узнаем, сколько еще мы еще не знаем. Чем больше мы понимаем, тем больше осознаем наше невежество. В каком-то смысле именно такую ситуацию мы сейчас видим в физике. Мы находимся на такой стадии познания, когда многие ученые наблюдают в этой науке если не кризис, то по крайней мере нарастание напряженности. И есть ощущение, что это еще не предел. Несколько десятков лет назад выдающиеся физики, такие как Стивен Хокинг, задавались вопросом: «Неужели уже виден конец теоретической физики?»^[3] Притом что практически «за углом» их ждала теория всего. Они говорили, что теперь остается только расставить точки над i. Но они ошиблись, и не в первый раз. И в конце XIX века физики высказывали подобные мнения, а затем было сделано множество открытий (электрона, радиоактивности, рентгеновских лучей), которые не удавалось объяснить с помощью научных знаний того времени, что привело к рождению современной физики. Многие ученые нашего времени считают, что мы, возможно, находимся на грани новой революции в физике, столь же значительной, как та, что произошла 100 лет назад с возникновением теории относительности и квантовой механики. Я не утверждаю, что мы вот-вот откроем что-то значительное вроде рентгеновского излучения или радиоактивности, но, возможно, чтобы выйти из тупика, нам просто нужен новый Эйнштейн.

Большой адронный коллайдер еще не повторил своего успеха 2012 года, когда был обнаружен бозон Хиггса, что подтвердило существование поля Хиггса (о котором я расскажу позже). Многие физики ожидали, что к настоящему моменту уже будут открыты новые частицы, которые помогли бы разгадать давние тайны. А еще мы до сих пор не понимаем природы темной материи, которая удерживает галактики вместе, или темной энергии, которая разрывает Вселенную на части; у нас даже нет ответов на отдельные фундаментальные вопросы: почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии; почему свойства Вселенной обладают такой тонкой настройкой, которая создает возможность существования звезд, планет и жизни в целом; существует ли Мультивселенная; было ли что-нибудь до Большого взрыва, что привело к созданию Вселенной в ее современном виде. И все равно трудно не изумиться тому, что уже сделано. Хотя некоторые научные теории могут оказаться связанными друг с другом на более глубоком уровне, чем мы думали, а другие могут оказаться ошибочными, никто не будет отрицать того, что мы прошли огромный путь.

Иногда в свете новых эмпирических данных мы начинаем понимать, что забрели не туда. А иногда нам приходится уточнять идею, которая оказывается не то чтобы неверной, а просто приблизительной, такой, с которой надо еще поработать, чтобы получить более точную картину мира. А еще есть области фундаментальной физики, в которых, как мы подспудно чувствуем, мы еще не поставили точку, поэтому пока опираемся на существующие знания ввиду их полезности. Хорошим примером этого является ньютоновский закон всемирного тяготения. О нем все еще уважительно говорят как о законе, поскольку физики в свое время были настолько уверены, что это последнее слово в этой области, что подняли его статус выше, чем обычная теория. Это название прижилось, хотя мы теперь знаем, что уверенность была несколько беспочвенной. На смену ньютоновскому закону пришла общая теория относительности Эйнштейна (заметьте, теория!), поскольку она предлагает более глубокое и точное объяснение явления земного тяготения. Тем не менее для вычисления орбит космических аппаратов мы все еще пользуемся уравнениями Ньютона. Прогностическая сила ньютоновской механики может не обладать той точностью, что теория Эйнштейна, но ее достаточно почти для всех практических целей.

Другой пример того, над чем мы продолжаем работать, – Стандартная модель элементарных частиц. Мы объединяем две различные математические теории под названием «теория электрослабого взаимодействия» и «теория квантовой хромодинамики», которые при совместном использовании описывают свойства известных элементарных частиц и сил, возникающих между ними. Некоторые физики считают, что Стандартная модель не более чем паллиатив, который можно использовать, пока не будет разработана более точная и всеобъемлющая теория. Однако примечательно, что в своем нынешнем виде теория Стандартной модели может объяснить нам все, что нам нужно знать о природе материи: как и почему электроны определенным образом выстраиваются вокруг атомного ядра, как атомы взаимодействуют, формируя молекулы, как эти молекулы объединяются, образуя материю вокруг нас, как материя взаимодействует со светом – и, таким образом, объяснить почти все окружающие нас явления. Лишь один из ее разделов, квантовая электродинамика, лежит в самой основе науки химии!

Однако Стандартная модель не является исчерпывающей в том, что касается природы материи, поскольку она не описывает силы притяжения, а также не объясняет темной материи и темной энергии, которые на пару образуют большую часть того, из чего состоит Вселенная. Ответы на одни вопросы естественным образом порождают новые вопросы, а физики продолжают свои исследования «за пределами Стандартной модели» в попытке разобраться с этими важнейшими «неизвестными».