Научный взгляд на устройство вселенной

ВВЕДЕНИЕ 19
ство, религию и науку, — но обсуждать будем преимущественно 
цели и методы современной физики. Ведь даже самые крохотные 
объекты Вселенной помогают нам понять, кто мы такие и откуда 
пришли. Крупные структуры проливают свет на наше космиче-
ское окружение, а также на происхождение Вселенной. Эта книга 
о том, что и каким образом мы надеемся найти. Наше путешествие 
будет полно загадок и приключений — так что добро пожаловать 
на борт.

Часть I
МАСШТАБИРОВАНИЕ 
РЕАЛЬНОСТИ

ГЛАВА
1
ТЕБЕ — МАЛО, 
МНЕ — В САМЫЙ РАЗ
Среди множества причин, по которым я выбрала своей профес-
сией физику, было желание сделать что-нибудь долговременное, 
даже вечное. Если, рассуждала я, мне предстоит вложить столько 
времени, энергии и энтузиазма в какое-то дело, то результат этого 
дела должен быть истинным и… ну, скажем, остаться навсегда. 
Как большинство людей, я считала, что научные открытия и идеи 
выдерживают испытание временем.
Пока я билась над физикой, моя подруга Анна Христина Бюх-
манн изучала в колледже английский язык. По иронии судьбы, она 
выбрала своей профессией литературу ровно по той же причине, 
которая привела меня к физике и вообще к науке. Ее привлекали 
вдохновенные истории, способные пережить века. Обсуждая с ней 
много лет спустя роман Генри Филдинга «История Тома Джонса, 
найденыша», я узнала, что еще студенткой она принимала участие 
в написании аннотации того самого издания этого романа, кото-
рое мне так понравилось.
«Том Джонс» был опубликован 250 лет назад, тем не менее 
его юмор и затронутые в романе вопросы актуальны по сей день. 
Попав впервые в Японию, я прочла гораздо более древнее произ-
ведение — «Повесть о Гэндзи» — и поразилась тому, насколько 
современными выглядят его герои, хотя прошла уже целая тысяча 
лет с тех пор, как Мурасаки Сикибу описала их всех. Гомер соз-
дал «Одиссею» еще на 2000 лет раньше. Несмотря на то что и век, 

24 МАСШТАБИРОВАНИЕ 
РЕАЛЬНОСТИ 
и люди там описаны совсем другие, мы до сих пор наслаждаемся 
рассказом о странствиях Одиссея и неподвластными времени кар-
тинами человеческой природы.
Ученые редко читают старые — и тем более древние — на-
учные тексты. Как правило, мы оставляем это занятие историкам 
и литературным критикам. Тем не менее мы вовсю пользуемся 
знаниями, накопленными человечеством за многие века, — это 
можно сказать и о Ньютоне с его XVII в., и о Копернике, жившем 
еще на сотню лет раньше. Может быть, мы забываем их книги, 
зато тщательно сохраняем изложенные в них важные идеи.
Разумеется, наука не есть неизменное собрание универсаль-
ных законов, которое все мы изучаем в начальной школе. С другой 
стороны, это и не собрание произвольных правил. Наука — непре-
рывно развивающийся массив знаний. Многие из гипотез, кото-
рые мы в настоящий момент исследуем, окажутся ошибочными 
или неполными. Научные формулировки, естественно, меняются, 
по мере того как мы преодолеваем границы известного и вторга-
емся в области непознанного, где можно уловить далекий отблеск 
еще более глубоких истин.
Ученым постоянно приходится сталкиваться с одним занят-
ным парадоксом. Заключается он в том, что в погоне за вечны-
ми истинами нам часто приходится работать с идеями, которые 
мы сами же затем пересматриваем или отбрасываем — иногда 
под давлением экспериментальных данных, иногда просто с раз-
витием представлений об изучаемом предмете. Прочное ядро 
проверенных и надежных знаний всегда окружено неопределен-
ностью, которая и представляет предмет текущих исследований. 
Некоторые горячо обсуждаемые сегодня идеи и предположения 
будут мгновенно забыты, если завтра более убедительные или пол-
ные экспериментальные данные лишат их основы.
Когда Майк Хакаби, кандидат в президенты США от Республи-
канской партии на выборах 2008 г., предпочел в своих публич-
ных речах сделать ставку на религию, а не на науку — отчасти 
потому, что научные «верования» меняются, тогда как христиане 
считают своим учителем вечного Бога, — в этом был резон. Все-
ленная развивается, и научные знания о ней — тоже. Постепенно 

ТЕБЕ — МАЛО, МНЕ — В САМЫЙ РАЗ 25
ученые снимают с реальности один покров за другим и обнажают 
то, что скрывается в глубине. Зондируя все более далекие от нас 
масштабы реальности, мы расширяем и обогащаем представле-
ния человечества об окружающем мире. Когда нам удается узнать 
что-то новое о том, как устроен наш мир, мы делаем шаг вперед, 
а неизведанное отступает. При этом научные «верования» соот-
ветствующим образом изменяются.
Тем не менее сегодня, когда развитие техники позволяет нам 
выйти на новый уровень наблюдений, мы не спешим отбрасывать 
теории, которые при доступных прежде масштабах и энергиях 
или при доступных прежде скоростях и плотностях позволяли 
строить верные гипотезы. Научные теории растут и расширяют-
ся, вбирая в себя новые знания, но их надежная и проверенная 
основа остается прежней. Таким образом, наука всегда включает 
старые, подтвержденные знания в более полную картину, которая 
возникает при очередном расширении возможностей и для экспе-
риментальных наблюдений, и для теоретических исследований. 
Перемены не обязательно означают, что старые правила неверны; 
они могут означать, к примеру, что в мельчайших масштабах, где 
были выявлены новые компоненты, эти правила уже не примени-
мы. Так что массив наших знаний может включать прежние идеи 
и при этом расширяться со временем, хотя, скорее всего, за его 
пределами всегда будет лежать обширная область неизведанного. 
Как путешествия всегда очень интересны, хотя никто не в силах 
побывать в каждой точке планеты (не говоря уже о космосе), так 
и расширение представлений о природе материи и Вселенной 
обогащает нашу жизнь. А неизведанное всегда рядом, оно зовет 
и вдохновляет на дальнейшие исследования.
В моей собственной области исследований — физике элемен-
тарных частиц — рассматриваются все более короткие расстоя-
ния между частицами; цель нашей работы — изучать все более 
крохотные компоненты материи. В текущих экспериментальных 
и теоретических исследованиях ученые, забираясь все глубже, пы-
таются раскрыть внутренние тайны материи. Но она, несмотря 
на часто используемую аналогию, не похожа на русскую матреш-
ку, где в уменьшенном масштабе повторяются точно такие же эле-

26 МАСШТАБИРОВАНИЕ 
РЕАЛЬНОСТИ 
менты. Изучение все более мелких расстояний между частицами 
интересно еще и тем, что правила в этом мире могут меняться 
с изменением масштабов. Могут проявляться совершенно новые 
взаимодействия и силы, действие которых на предыдущем уров-
не исследований, т. е. на больших расстояниях, невозможно было 
уловить.
Понятие масштаба, которое говорит физикам, о каких разме-
рах и энергиях в данном исследовании идет речь, очень важно 
для понимания научного прогресса, как и многих других аспектов 
окружающего мира. Исследования показали, что далеко не во всех 
процессах ведущую роль играют одни и те же законы физики. Нам 
приходится соотносить и сравнивать между собой концепции, 
применимые к явлениям разных масштабов: на одном масштабе 
лучше применимы одни законы, на другом ведущую роль играют 
другие. Категоризация явлений и объектов по масштабу позво-
ляет уложить все, что нам известно, в единую непротиворечивую 
картину.
В этой главе мы увидим, как разделение по масштабам — опре-
деление того, о каком масштабе в данном случае идет речь — по-
могает прояснить идеи (и не только научные), а также то, почему 
тонкие свойства строительных «кирпичиков» материи так слож-
но заметить на тех расстояниях, с какими мы имеем дело в по-
вседневной жизни. Разбираясь с этими вопросами, мы поговорим 
о том, что означают в науке слова «верно» и «неверно» и почему 
даже радикальные на первый взгляд открытия не обязательно вы-
зывают резкие изменения в наших устойчивых представлениях 
о мире.
О НЕВОЗМОЖНОМ
Люди нередко путают развивающееся научное знание с незна-
нием, а открытие новых физических законов — с полным отсут-
ствием до этого события каких бы то ни было надежных правил. 
Во время недавней поездки в Калифорнию у меня произошел ин-
тересный разговор со сценаристом Скоттом Дерриксоном, кото-
рый помог мне выделить источник некоторых из этих неверных 

ТЕБЕ — МАЛО, МНЕ — В САМЫЙ РАЗ 27
представлений. В тот момент Скотт работал над парой сценариев, 
в которых рассматривалась потенциальная связь между наукой 
и явлениями, которые, как он подозревал, ученые отбросили бы 
как сверхъестественные. Желая избежать серьезных ошибок, 
Скотт решил рассказать сюжет своей выдуманной истории физи-
ку — а именно мне. Так что мы встретились за ланчем в уличном 
кафе, чтобы обменяться мыслями и насладиться солнечным лос-
анджелесским днем.
Скотт знал, что сценаристы зачастую неверно представляют 
науку, но хотел, чтобы именно его истории о привидениях и путе-
шествиях во времени были написаны с разумной долей научной 
достоверности. Особая трудность состояла в том, что он как сцена-
рист должен был представить своей аудитории не просто описание 
интересных новых явлений, но и преподнести их эффектно и ув-
лекательно. Не имея специального образования, Скотт тем не ме-
нее был сообразителен и восприимчив к новым знаниям. Поэто-
му я объяснила ему, почему его сюжеты, как бы изобретательны 
и хороши они ни были, всегда будут несостоятельными с точки 
зрения науки.
В истории, возразил в ответ Скотт, не раз возникали ситуации, 
когда какие-то явления, считавшиеся до поры невозможными, 
оказывались вполне реальными. Разве ученые не отнеслись по-
началу с недоверием к теории относительности? Кто мог предпо-
ложить, что случайность играет в фундаментальных физических 
законах какую-то роль? Несмотря на большое уважение к науке, 
Скотт считал, что ученые нередко ошибаются в том, к каким по-
следствиям приведут их открытия.
Некоторые критики идут еще дальше и утверждают, что пред-
сказания ученых по определению сомнительны. Несмотря на дан-
ные науки, скептики упрямо твердят, что в них всегда может скры-
ваться какой-то подвох или недосмотр. Как знать, вдруг человек 
все же может воскреснуть из мертвых или в крайнем случае по-
пасть в Средние века или в Древний Египет.
Конечно, быть восприимчивым ко всему новому — это ра-
зумно, да и то, что впереди нас ожидают новые открытия, сомне-
ний не вызывает; тем не менее эти рассуждения скрывают глубо-

28 МАСШТАБИРОВАНИЕ 
РЕАЛЬНОСТИ 
кий изъян. Чтобы убедиться в этом, следует подробнее разобрать 
смысл понятия «масштаб». «Неверующие» в прозорливость ученых 
игнорируют тот факт, что, хотя всегда будут существовать области 
неисследованных расстояний и энергий, где могут действовать 
неизвестные нам пока законы физики, в привычном для нас, «че-
ловеческом», измерении существующие законы действуют безот-
казно. Мы столетиями проверяли их справедливость всеми воз-
можными способами.
Однажды в музее Уитни я встретилась с хореографом Элизабет 
Стреб — мы обе участвовали в дискуссии о творческих возможно-
стях человека. Выяснилось, что она тоже сомневается в точности 
и определенности научных знаний применительно к масштабам 
привычной жизни. Элизабет задала мне примерно тот же вопрос, 
что немного раньше задавал Скотт: «Не могут неизвестные нам за-
коны природы, действующие в отношении крохотных измерений, 
наличие которых предполагают физики, воздействовать на нас — 
на то, как мы двигаемся, например? Мы их не видим и не чувству-
ем, а они влияют на нас?»
Работы Элизабет прекрасны, ей удалось невероятно глубоко 
проникнуть в философию танца и движения. Причина же, по ко-
торой мы не можем определить, существуют ли дополнительные 
измерения и какую роль они играют во Вселенной, заключается 
в том, что они слишком малы. Мы до сих пор не зарегистрировали 
их влияния ни на один параметр из всего спектра наблюдаемых 
величин. А чтобы дополнительные измерения влияли на движение 
тела, их существование должно вызывать в окружающем мире на-
много более серьезные последствия. Разумеется, если бы такое 
влияние было, мы давно обнаружили бы его результаты. Поэтому 
мы точно знаем, что основы танца нисколько не изменятся, даже 
если мы гораздо лучше поймем квантовую гравитацию. Ее дей-
ствие слишком слабо по отношению к любым явлениям, заметным 
в человеческом масштабе.
В прошлом ученые часто ошибались, потому что еще не мог-
ли исследовать очень маленькие или очень большие расстояния 
и скорости или чрезвычайно высокие энергии. Это вовсе не озна-
чало, что ученые, подобно луддитам, отказывались от прогресса. 

ТЕБЕ — МАЛО, МНЕ — В САМЫЙ РАЗ 29
Просто они полностью доверяли самым современным на тот мо-
мент математическим описаниям мира и сделанным с их помо-
щью прогнозам относительно сути и поведения объектов и яв-
лений, которые тогда можно было наблюдать. Явления, считав-
шиеся учеными прошлого невозможными, на самом деле могли 
иметь место и иногда действительно происходили на расстояниях 
или скоростях, с которыми они никогда прежде не имели дела. 
И, разумеется, ученые тогда не могли знать о будущих идеях и те-
ориях, которые в конце концов утвердились для тех самых крохот-
ных расстояний или громадных энергий.
Когда ученые говорят, что им что-то известно, это означает 
лишь, что у них есть определенные мысли и теории, предсказания 
которых хорошо проверены 

жүктеу/скачать 8,11 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: