Красота физики // Отрывок из книги Фрэнка Вильчека

Популярное изложения передовых теорий физики и сборник мантр для глубокой медитации — так можно коротко охарактеризовать книгу нобелевского лауреата Фрэнка Вильчека «Красота физики. Постигая устройство природы». Автор показывает лежащие в основе физических концепций идеи красоты и симметрии — от витиеватых трактатов греческих философов до самых свежих научных публикаций. На этом пути читателя ждут притчи, анекдоты, красивые иллюстрации и много чего ещё, что сделает путешествие увлекательным даже для того, кто в школе имел по физике унылую тройку.

Из главы «Красивый ответ?»

С небес на землю

Когда я завершал эту книгу, произошло неприятное событие, которое вернуло меня с небес на землю. Мой ноутбук, который был для меня почти как придаток мозга, был украден. Я был опустошён.

Но затем произошло чудо. У меня была резервная копия всех моих данных, и через несколько дней у меня был новый ноутбук со всеми восстановленными данными: изображениями, словами, расчётами, музыкой и т. д. Всё это было закодировано в виде чисел — в строках нулей и единиц — настолько точно, что их можно было восстановить без ощутимой разницы. Мне пришло в голову, что едва ли можно желать более материальной, прямой и впечатляющей демонстрации истинности утверждения Пифагора:

Все вещи суть числа.

Это красивая реальность, за которую я приносил — и приношу — благодарность.

Дополнительность как мудрость

По-твоему, я противоречу себе?

Ну что же, значит, я противоречу себе.

Я широк, я вмещаю в себе множество разных людей.

Уолт Уитмен. Листья травы

Наше исследование Природы показало нам множество новых перспектив. Нелегко согласовать их с каждодневным опытом, так же как и друг с другом. В результате погружения в квантовый мир, где противоречие и истина близко соседствуют друг с другом, Нильс Бор извлёк урок дополнительности: ни один из взглядов не исчерпывает действительность; различные точки зрения могут быть ценными, хотя и взаимоисключающими.

Знак инь-ян — подходящий символ для взаимодополнительности, и он был принят в этом качестве Бором. Две его стороны равны, но они разные; каждая содержит другую и содержится в другой. Возможно, не случайно Нильс Бор был очень счастливо женат.

Будучи понятой, дополнительность — это мудрость, которую мы открываем вновь и подтверждаем как в материальном мире, так и вне его. Это мудрость, которую я постиг и предлагаю вам. Давайте рассмотрим некоторые взаимно дополнительные пары:

Упрощение и Изобилие

Основные строительные блоки Природы немногочисленны и очень просты, их свойства полностью определяются уравнениями высокой степени симметрии.

Мир объектов обширен, бесконечно разнообразен и неистощим.

Более глубокое понимание основ не может отменить богатство опыта. Оно может освещать и освещает опыт новым светом, что даёт нам возможность обогащать его дальше.

 

Один мир и Многие миры

Мозг одного человека — минимальное вместилище человеческого мышления. Он располагается внутри отдельной черепной коробки индивидуального живого тела здесь, на планете Земля. Большинство людей большую часть времени — когда они не философствуют и не занимаются астрономией — размышляют о событиях, которые происходят в маленькой области пространства вблизи поверхности Земли. Именно здесь вершится история человечества: великие войны, великое искусство и миллиарды захватывающих «обычных» жизней.

Если смотреть на неё даже из ближнего космоса, Земля — это просто крошечное пятнышко отражённого света.

  

Недавние успехи в космологии позволяют думать, что часть Вселенной, которую в настоящее время мы можем исследовать даже самыми мощными инструментами, является всего лишь небольшой частью мультивселенной, далёкие части которой могли бы выглядеть совершенно иначе. Если бы это стало точно известно, это подкрепило бы мысль, которая уже неоднократно звучала прежде: «мир», данный в ощущениях каждого человека, — лишь один из миллиардов таких же (по одному на человека по крайней мере); Земля — лишь одна из планет нашего Солнца; наше Солнце — лишь одна из миллиардов звёзд в нашей Галактике по имени Млечный Путь; наша Галактика — лишь одна из миллиардов в видимой Вселенной.

Существование окружающей необъятности не умаляет меня, вас или человечество в целом. Оно может окрылять и окрыляет наше воображение.

Объект и Человек

Я и вы — это набор кварков, глюонов, электронов и фотонов.

Я и вы — это думающие люди.

Определённый и Свободный

Я и вы — это материальный объект, подчиняющийся законам физики.

Я и вы — мы способны делать выбор. Я и вы — мы ответственны за него.

Преходящее и Вечное

Состояние мира — в вечном движении, и любой объект в нём подвержен изменениям.

Понятия существуют вне времени, и поскольку все вещи суть числа, они избавляют нас от его влияния.

На переднем крае физики и космологии эта дополнительность играет очень важную роль. В настоящее время мы делаем непростое разделение между законами физики и начальными условиями, которое должно быть преодолено. Понимание мира любым конечным наблюдателем развивается, но пространство-время в целом, которое является самой естественной ареной для описания мира, этого не делает. 

Квантово-механическая волновая функция системы в целом может быть постоянной во времени, в то время как её части, рассматриваемые отдельно, испытывают относительные изменения. (Для экспертов: это регулярно происходит для энергетических собственных функций сложных систем.) Что‑то вроде этого вполне могло бы быть верным и для мира в целом. Изменение без изменения, великий и плодотворный принцип симметрии был бы тогда полностью воплощён, как парадоксально настаивал Парменид:

Одна история, одна дорога теперь

Осталась: вот эта. И на ней есть знаки

Во множестве, что бытие — это несотворённое и неразрушимое

Целое, единое и непоколебимое, и завершённое.

Заключительная взаимодополняющая пара завершает нашу медитацию:

Красивое и Некрасивое

Материальный мир воплощает красоту.

Материальный мир вмещает нищету, страдания и раздор.

Размышляя о любом аспекте, мы не должны забывать о другом.

Фрэнк Вильчек — профессор физики, профессор Массачусетского технологического института. В 2004 году получил Нобелевскую премию по физике за «открытие асимптотической свободы в теории сильных взаимодействий» (совместно с Дэвидом Гроссом и Дэвидом Политцером). Свою нобелевскую лекцию он начал словами: 

 

«В теоретической физике парадоксы играют положительную роль.

Это кажется парадоксальным…»

Автор нескольких книг и множества научных статей в такие журналы, как Natureи  Physics Today. Его работы включены в антологии The Best American Science  Writing («Лучшие научные сочинения Америки») и The Norton Book of Light Verse («Книга шуточных стихов Нортона»). Живет в Кембридже, штат Массачусетс, преподает в Центре теоретической физики Массачусетского технологического института.

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №3 (17) за март 2016 г.

Иллюстрация: Пётр Перевезенцев