Фрэнк Вильчек - Основы реальности. 10 Фундаментальных принципов устройства вселенной

Оригинальное название: Fundamentals. Ten Keys to Reality

Научный редактор Игорь Красиков

Все права защищены.

Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Copyright © 2021 by Frank Wilczek. All rights reserved.

© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Манн, Иванов и Фербер», 2021

Посвящается Бетси

ОТКРОВЕНИЯ[1]

Из сотен, тысяч разных элементов

Плетется жизни ткань узорами моментов.

Рожденье, знания, любовь, седые годы –

Всё это крохи, что даны природой,

Даров непрошеных, непознанных оков.

Вселенной ширь, небесных тел движенье –

За гранью разума, игры воображенья,

В законе вечности и языке без слов.

Нам каждый час диктует перемены,

А мы бежим, но видим непременно,

Что далеко тот бег не уведет.

Нас прошлое влечет своим размахом,

Но бой часов нам с трепетом и страхом

Величие его передает,

А Время смотрит вслед и движется вперед.

Но сколько б мир ни открывал я вновь,

Ты мне дороже всех, с тобой моя любовь.

Эта книга об основных уроках, доступных нам благодаря изучению физического мира. Я встречал немало тех, кто интересовался его устройством и жаждал узнать, что говорит о нем современная наука. Среди них были юристы, врачи, художники, студенты, учителя, родители – множество любопытных и умных людей, которым просто не хватало знаний. На этих страницах я попытался рассказать об основных идеях современной физики как можно проще, но не жертвуя точностью. Работая над книгой, я постоянно вел мысленные беседы со своими любознательными друзьями и вспоминал их вопросы.

Для меня ключевые принципы устройства физического мира – нечто гораздо большее, чем голые факты. Безусловно, сами по себе они и убедительны, и удивительно красивы, но и образ мыслей, приведший нас к ним, – тоже огромное достижение. И важно понять, что именно эти принципы говорят о том, как мы – люди – вписываемся в общую картину мира.

Я выбрал десять общих принципов устройства физического мира – тех, которые видятся мне ключевыми, – и посвятил каждому по главе. В основной части каждой главы я сначала объясняю тему и рассматриваю ее с разных точек зрения, а затем делаю некоторые обоснованные предположения о ее будущем. Строить эти предположения было увлекательно; надеюсь, что и вас они заинтересуют. Кроме того, с их помощью я стараюсь донести еще одну важную мысль: наше понимание мира не стоит на месте, а постоянно развивается.

Я старательно разграничиваю предположения и факты, а говоря о фактах, указываю способ их наблюдения и вид экспериментов, давших соответствующие результаты. Возможно, наиболее фундаментальный вывод таков: мы и в самом деле очень глубоко понимаем многие свойства физического мира. Альберт Эйнштейн сказал: «То, что [Вселенная] постижима, – это чудо». Это открытие тоже далось человечеству ценой больших усилий.

Именно потому, что постижимость Вселенной так удивительна, ее необходимо доказать, а не просто предположить. И самое весомое доказательство здесь – то, что наше понимание мироустройства, пусть и неполное, открыло нам путь к новым достижениям и делам, великим и невероятным.

Своими исследованиями я пытаюсь заполнить пробелы в нашем понимании мира и придумать новые эксперименты, раздвигающие границы возможного. Создавая эту книгу, я с удовольствием бросил взгляд назад и восхитился успехами, которых сообща достигли целые поколения ученых и изобретателей, живших в разное время и в разных странах.

Книга «Основы реальности», кроме того, предлагает альтернативу традиционным религиозным постулатам. Некоторые из затронутых здесь вопросов рассматриваются и в религии, но я обращаюсь к физической реальности, а не к священным текстам или традициям. Многие из моих героев-ученых – Галилео Галилей, Иоганн Кеплер, Исаак Ньютон, Майкл Фарадей, Джеймс Клерк Максвелл – были набожными христианами, представителями своего времени и своей среды. Они постигали и восславляли Бога, изучая Его творения. Взгляды Эйнштейна, человека в общепринятом смысле нерелигиозного, были похожими. Он часто говорил о Боге (или «Старике», как он называл его) в шутливой форме. Известен, например, его афоризм: «Господь Бог коварен, но не зол». Истинный смысл работы этих ученых – как и моей работы при написании этой книги – выходит за рамки догм, как религиозных, так и антирелигиозных. Мне нравится формулировать это так: изучая устройство мира, мы изучаем, как и что творит Бог, и тем самым узнаем, что Он есть. А значит, в каком-то смысле наш поиск знаний – это поклонение, а наши открытия – откровения.

Написание этой книги изменило мое восприятие мира. «Основы реальности» задумывалась как изложение фактов, но переросла в размышление о них. Когда я обобщал материал, передо мной неожиданно возникли две всеобъемлющие темы, ясность и глубина которых меня поразили.

Первая тема – изобилие. Мир большой. Конечно, достаточно вглядеться в ясное ночное небо, чтобы понять, как велико пространство «вне нас». Когда после более тщательного изучения мы отражаем это величие в числах, от их громадности наш мозг вскипает. Но безграничность Вселенной – лишь один из аспектов изобилия Природы, причем не самый важный для человечества.

Прежде всего, как выразился Ричард Фейнман, «внизу полным-полно места»[2]. В каждом из нас гораздо больше атомов, чем звезд в видимой Вселенной, а наш мозг содержит примерно столько нейронов, сколько звезд в нашей Галактике. Вселенная внутри нас не менее велика, чем Вселенная вовне.

Это касается не только пространства, но и времени. Масштабы космического времени поражают. Время, прошедшее с момента Большого взрыва, несопоставимо больше продолжительности жизни человека. И все же – мы поговорим об этом дальше – за свое короткое существование человек переживает гораздо больше ярких осознанных моментов, чем промелькнуло в истории вселенной человеческих жизней. Нам даровано огромное внутреннее время.

Физический мир также изобилует до сих пор не освоенными ресурсами для созидания и познания. Наука выяснила, что вокруг нас этих ресурсов и энергии гораздо больше, чем мы сейчас используем во всех известных и доступных формах. Осознание этого должно придать нам уверенности и разбудить наши амбиции.

Наши не вооруженные приборами органы чувств позволяют воспринимать лишь часть той реальности, которую могут открыть нам научные исследования. Возьмем, например, зрение. Глаза – наш важнейший, самый информативный канал связи с внешним миром. Но сколько же всего они не замечают! Лишь телескопы и микроскопы открывают нам путь к огромному количеству информации, недоступной простому взгляду. Более того, наше зрение ограничено одной октавой – диапазоном видимого света – из всей бесконечной гаммы электромагнитного излучения: от радиоволн, СВЧ и инфракрасного излучения с одной стороны до ультрафиолета, рентгеновских лучей и гамма-лучей с другой. И даже в пределах этой октавы наше цветовое восприятие размыто. Но хотя от наших чувств и скрыты многие аспекты реальности, разум позволяет нам значительно расширять границы восприятия. И это преодоление природных ограничений – наше грандиозное, нескончаемое приключение.