Главная страница

Хокинг С. - Краткая история времени. От большого взрыва до черных дыр. - СПб. Амфора, 2008, 232 стр..pdf Хокинг. Высший замысел. Од ин из самых известных ученых нашего времени Стивен Хокинг написал книгу


Скачать 4,27 Mb.
НазваниеОд ин из самых известных ученых нашего времени Стивен Хокинг написал книгу
АнкорХокинг С. - Краткая история времени. От большого взрыва до черных дыр. - СПб. Амфора, 2008, 232 стр..pdf Хокинг. Высший замысел
Дата25.10.2017
Размер4,27 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаKhoking_Vysshiy_zamysel.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#44392
страница1 из 8
Каталогid258506450

С этим файлом связано 1 файл(ов). Среди них: Khoking_Vysshiy_zamysel.pdf.
Показать все связанные файлы
  1   2   3   4   5   6   7   8
Все мы существуем лишь непродолжительный период времени и на его протяжении способны исследовать лишь небольшую часть мироздания. Но люди существа любопытные. Мы задаемся вопросами, мы ищем на них ответы. Живя в этом огромном мире,
который бывает то добрым, то жестокими вглядываясь в бесконечное небо, люди постоянно задаются множеством вопросов Как мы можем понять мир, в котором оказались?
Как вед т себя Вселенная Какова природа реальности Откуда всё это возникло Нуждалась ли Вселенная в создателе Многие из нас не тратят много времени на эти вопросы, но почти все из нас когд а-либо об этом зад умывались.
Од ин из самых известных ученых нашего времени — Стивен Хокинг написал книгу,
прод олжающую тему, начатую в его предыдущих книгах. Хокинг ставит вопросы, на которые потом отвечает, прибегая к помощи последних достижений в области науки — Что положило начало существованию Почему мы существуем Почему законы физики именно такие, как они есть Можем ли мы ответить на все эти вопросы, не прибегая к помощи
«божественной интервенции»?
Стивен Хокинг, Леонард Млод инов
1. Тайна бытия. Власть закона. Что есть реальность. Альтернативные истории [9]
5. Теория всего. Выбирая нашу Вселенную. Несомненное чудо. Великий замысел
Гло ссарий
Благод арно сти notes
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10 11 12 13 14 15 16
Стивен Хокинг, Леонард Млодинов Великий замысел

1. Тайна бытия Все мы существуем лишь непродолжительный период времени и на его протяжении способны исследовать лишь небольшую часть мироздания. Но люди существа любопытные. Мы задаемся вопросами, мы ищем на них ответы. Живя в этом огромном мире,
который бывает то добрым, то жестокими вглядываясь в бесконечное небо, люди постоянно задаются множеством вопросов Как мы можем понять мир, в котором оказались?
Как вед т себя Вселенная Какова природа реальности Откуда всё это возникло Нуждалась ли Вселенная в создателе Многие из нас не тратят много времени на эти вопросы, но почти все из нас когд а-либо об этом зад умывались.
Трад иционно это философские вопросы, но философия мертва. Она отстала от современной науки, особенно физики. Теперь ученые приняли эстафету первооткрывателей в нашем поиске знаний. Цель этой книги — дать ответы, которые предлагают недавние открытия и достижения в теоретических исследованиях. Они подводят нас к новой картине
Вселенной и нашего места в ней, отличной от традиционной и даже той картины, которую мы могли нарисовать всего лишь десятилетие или два назад . Однако первые наброски новой концепции можно отследить почти столетие назад Согласно традиционным представлениям о Вселенной, объекты перемещаются по четко опред елённым траекториями имеют опред елённые предыстории. Мы можем определить их точное положение в любой момент времени. Хотя этот подход был успешным для повседневных задач, в х было установлено, что эти классические представления не могут объяснить, казалось бы, странное поведение, наблюдаемое на атомном и субатомном масштабах бытия. Вместо них было необходимо принять другую концептуальную мод ель,
названную квантовой физикой. Квантовые теории оказались удивительно точными в предсказании событий на этих масштабах, а также в повторении предсказаний старых классических теорий применительно к макроскопическим миру повседневной жизни. Но квантовая и классическая физика основаны на очень различных концепциях физической реально сти.
Квантовые теории можно сформулировать по-разному, но, наверное, наиболее интуитивное определение было дано Ричардом (Диком) Фейнманом, колоритным персонажем, который работал в Калифорнийском Технологическом университете и играл на барабанах «бонго» в придорожном стриптиз-клубе. Согласно Фейнману, система имеет не только какую-то одну историю, но всевозможные истории. В процессе поиска наших
ответов мы детально разъясним Фейнмановский подходи используем его, чтобы рассмотреть идею о том, что сама Вселенная не имеет не только одной истории, но даже свободного бытия. Эта идея кажется радикальной даже для многих физиков. Несомненно, как и множество точек зрения в современной науке, эта выглядит нарушающей всякий здравый смысл. Однако, здравый смысл основан на повседневном опыте, а не на проявлениях
Вселенной посредством чудес технологий, подобных тем, что позволяют устремить взор в глубины атома
[2]
или охватить им Вселенную целиком.
До появления современной физики было принято думать, что всезнания мира могут быть получены путём непосредственного наблюдения, что вещи являются такими, какими выглядят и воспринимаются нашими органами чувств. Но волнующий успех современной физики, базирующейся на концепциях, подобных Фейнмановской, вступающей в противоречия с повседневным опытом, продемонстрировал, что это не так. Наивный взгляд на реальность, таким образом, не сочетается с современной физикой. Чтобы разрешить подобные парадоксы, нам следует применить подход, который мы называем модельно- зависимым реализмом. В его основе лежит идея, что наш мозг интерпретирует исходные данные, получаемые нашими органами чувств, посредством построения модели окружающего мира. Когда подобная модель позволяет успешно объяснить те или иные события, мы стремимся приписать ей, равно как и составляющим её элементами концепциям,
качество реальности или абсолютной истины. Но возможно существование различных способов, когда можно смоделировать такую же физическую ситуацию, нос использованием отличных фундаментальных составляющих и концепций. Если две такие физические теории или модели с достаточной степенью точности позволяют предсказать одни и те же события,
од на из них не может считаться более реальной, нежели другая более того, мы вольны использовать ту модель, которую сочтём наиболее подход ящей.
В истории науки мы обнаруживаем последовательность совершенствующихся теорий или моделей, от Платона к классической теории Ньютона и далее к современным квантовым теориям. Возникает естественный вопрос Достигнет ли эта последовательность конечной точки, сформировав абсолютную теорию Вселенной, включающую все силы и предсказывающую каждое наблюдение, которое мы сможем сделать, или же мы будем вечно продолжать открывать всё лучшие теории, таки не найдя ту, что не подлежит дальнейшему улучшению Опред елённого ответа на этот вопросу нас пока нет, однако есть кандидат на абсолютную теорию всего, если таковая в самом деле существует, и называется он M-теория.
М-теория это единственная модель, обладающая всеми качествами, которые, по нашему мнению, должна иметь окончательная теория и это та теория, на которой основаны многие наши дальнейшие рассужд ения.
М-теория не является теорией в обычном смысле этого слова. Это целое семейство различных теорий, каждая из которых способна описывать результаты наблюдений только в границах конкретных физических ситуаций. Это чем-то похоже на карту. Общеизвестно, что нельзя показать земную поверхность целиком на единственной карте. Обычная Меркаторская проекция, используемая для составления карт мира, заставляет области казаться все более крупными ближе к северу и югу и не распространяется на Северный и Южный полюсы.
Чтобы получить точную карту всей земной поверхности, необходимо использовать набор карт, каждая из которых покрывает ограниченную область. Карты частично покрывают друг друга ив местах, где это происходит, они демонстрируют одинаковый ландшафт. М-теория подобна. Различные теории, составляющие семейство М-теории, могут выглядеть весьма несхожими, но все они могут рассматриваться как аспекты одной основной теории. Они являются версиями теории, применимыми только в ограниченных рамках — например, когда опред елённые величины, такие как энергия, малы. Подобно наложению карт в
Меркаторовской проекции, там, где рамки различных версий накладываются друг над руга,
они предсказывают тоже самое явление. Но как не существует плоской карты, содержащей качественное представление земной поверхности целиком, таки не существует единственной теории, содержащей качественное представление результатов наблюдений для всех ситуаций.
Мы опишем, как М-теория может предложить ответы на вопросы сотворения мира.
Согласно М-теории, наша Вселенная не является единственной в своём роде. Напротив, М- теория предсказывает существование огромного множества вселенных, созданных буквально из ничего. Их создание не требовало вмешательства какого-либо сверхъестественного существа или Бога. Скорее, эти множественные вселенные возникли естественным образом,
как следствие физических законов. Они являются научным предположением. Каждая Вселенная имеет множество пред ысторий и множество возможных будущих состояний, то есть времена подобные настоящему, спустя долгий срок после их возникновения.
Большинство из этих состояний будут значительно отличаться от условий той Вселенной,
которую мы можем наблюдать, а также будут слабо подходить для существования любой формы жизни. Только малая часть из них позволит созданиям, подобным нам, существовать.
Таким образом, наше присутствие выбирает из этого огромного массива только те вселенные, которые совместимы с условиями нашего существования. Это дат нам ощущение себя как венцов творения, хотя мы слабы и незначительны.
Чтобы понять поведение Вселенной на самом глубоком уровне, нам необходимо понять не только как вед т себя Вселенная, но и почему.
Почему что-либо присутствует, вместо того, чтобы отсутствовать?
Почему мы существуем?
Почему имеет место именно такой набор законов, а не какой-либо иной
Это и есть Абсолютный Вопрос Жизни, Вселенной и Всего. Мы должны попытаться дать на него ответ в этой книге. Ив отличие от ответа, данного в книге Автостопом по
Галактике», наш не будет являть собой число 42.

2. Власть закона
Сколль, волк, который должен пугать Луну, пока она летит к
Древу Скорби
Хати, волк из рода Хродвитнира, который должен преследовать
Солнце.
Речи Гримнира, Старшая Эдда
В мифологии викингов Сколль и Хати преследуют Солнце и Луну. Когда хотя бы один из волков ловит свою добычу, происходит затмение. Когда подобное случается, люди на Земле спешат освободить Солнце или Луну, производя как можно больше шума в надежде испугать волков. Похожие мифы существуют ив других культурах. Но по прошествии времени люди должно быть, заметили, что Луна и Солнце вскоре выходят из состояния затмения,
безотно сительно к тому, бегают ли они с криками или пляшут с бубнами. Спустя какое-то время они должно быть также заметили, что затмения не происходят случайным образом, в их появлении имели место повторяющиеся закономерности. Наиболее очевидными подобные закономерности были для лунных затмений, что позволило древним вавилонянам предсказывать их достаточно точно, хотя они и не осознавали, что причиной лунных затмений была Земля, преграждающая путь лучам Солнца. Солнечные затмения было сложнее предсказать, поскольку их можно было видеть, только находясь на Земле в границах коридора шириной около 30 миль. Тем не менее, будучи однажды подмеченными, эти закономерности сделали понятным тот факт, что затмения не зависели от своевольных капризов сверхъестественных существа скорее подчинялись неким законам.
Не смотря на некоторые ранние успехи в предсказании движения небесных тел, наши предки считали, что большинство природных явлений невозможно пред сказать.
Вулканические извержения, землетрясения, штормы, эпидемии, а также вросшие ногти — всё
это, казалось, случается без очевидных причинили закономерностей. В древние времена считалось естественным приписывать причины неистовства природы пантеону злых или недоброжелательных богов. Бедствия часто воспринимались как знак того, что мы чем-то прогневали богов. Например, около 5600 лет до нашей эры, извергся вулкан горы Мазама в
Орегоне, выбрасывая камни и горящий пепел годами, повлекший многолетние д ожд и,
заполнившие в итоге вулканический кратер, называющийся сейчас Озеро Кратер. У
орегонских индейцев племени Кламат есть легенда, в которой описаны данные события,
вплоть до геологических деталей, однако с добавлением драматических элементов,
выставляющих человека виновником данной катастрофы. Способность человека чувствовать вину такова, что люди всегда изыскивают способы обвинить себя. Как гласит легенда, Лао,
вожд ь Нижнего Мира, влюбился в красивую человеческую девушку, дочь вождя племени
Кламат. Она отвергла его, ив отместку Лао попытался с помощью огня уничтожить племя

Кламат. К счастью, согласно легенде, Скелл, вождь верхнего Мира, пожалел людей и вступил в битву со своим подземным оппонентом. В конечном счете, израненный Лао упал на гору
Мазама, оставив огромную дыру, кратер, со временем заполнившийся вод ой.
Незнание законов природы приводило людей в древние времена к изобретению богов,
распро страняющих своё влияние на каждый аспект человеческой жизни. Были боги любви и войны, Солнца, земли и неба, океанов и рек, дождя и бурь, даже землетрясений и вулканов.
Когд а боги были довольны, человечество наслаждалось хорошей погодой, миром, а также свободой от природных катастроф и болезней. Будучи расстроенными и недовольными, они вызывали засухи, войны, мори эпидемии. Поскольку причинно-след ственные связи, лежащие во снове природных явлений, оставались невидимы человеческому глазу, пути богов представлялись непостижимыми и люди должны были уповать на их милость. Нос появлением Фалеса Милетского (прим. 624 до Р. Х. — прим. 546 до Р. Х) около 2600 лет назад положение дел начало меняться. Появилась идея, что природа следует непротиворечивым принципам, которые могут быть разгаданы. И вот так начался долгий процесс замещения представлений о власти богов концепцией Вселенной, управляемой законами природы и созданной по чертежам, которые мы когд а-нибуд ь научимся читать.
С точки зрения хронологии человеческой истории, научные исследования являются весьма новым видом деятельности. Наш вид , человек разумный, зародился к югу от пустыни
Сахара в Африке около 200 000 лет до Р. Х Около 7000 лет до Р. Х. появился письменный язык, как продукт развития обществ, занимающихся выращиванием зерновых культур. (В
некоторых из старейших надписей речь ид то дневной норме пива, дозволенной каждому гражданину. Наиболее ранние записи великой древнегреческой цивилизации датируются веком до Р. Х, но расцвет этой цивилизации, известный как классический период », наступил несколькими веками позже, начавшись незадолго до года до Р. Х Согласно Аристотелю до Р. Х, это произошло примерно в то время, когда Фалес впервые разработал гипотезу о том, что мир может быть познан, что сложность событий, происходящих вокруг нас, может быть сведена к простым принципами объяснена без использования мифологических или теологических толкований.
Фалесу приписывают первое предсказание солнечного затмения в 585 году до Р. Х, хотя высокая точность его предсказания, была, скорее всего, удачным совпадением. Он был загадочной личностью, не оставив после себя никаких своих письменных трудов. Его д ом,
являясь одним из интеллектуальных центров региона, колонизированного греками и называемого «Иония», оказывал влияние, распространившееся от Турции на запад , до Италии.
Ионийская наука была предприятием, отмеченным значительным интересом к раскрытию основополагающих законов с целью получения объяснений природных явлений,
знаменательной вехой в истории человеческих идей. Их подход был рационален и во многих случаях приводил к заключениям, удивительным образом совпадающим с теми, к которым наши, более изощрённые методы, приводят нас сегодня. Он представлял собой великое начинание. Но спустя столетия большинство ионийских научных знаний будут забыты только для того, чтобы быть открытыми или изобретёнными заново, иногда не ед иножд ы.
Согласно легенде, первая математическая формула того, что сегодня мы могли бы назвать законом природы, восходит к ионийцу по имени Пифагор (прим. 580 до Р. Х. — 490 до Р. Х, известному теоремой, названной в его честь и гласящей, что квадрат гипотенузы
(д линная сторона) прямоугольного треугольника равен сумме квадратов двух других сторон.
Говорят, что Пифагор обнаружил числовую связь между длиной струн, используемых в музыкальных инструментах, и гармоническими сочетаниями звуков. Говоря сегодняшним языком, мы могли бы описать эту связь, сказав, что частота — количество колебаний в
секунду для струны, колеблющейся при постоянной величине натяжения, обратно пропорционально длине струны. С практической точки зрения это объясняет, почему бас- гитары должны иметь более длинные струны, нежели обычные гитары. Возможно, и не
Пифагор открыл это — он также не открывал теорему, носящую его имя — ведь существует свидетельство, что зависимость между длинной струны и высотой звука была известна в его время. Если это так, то можно назвать эту простую математическую формулу первым примером того, что нам в настоящее время известно, как теоретическая физика.
Отд ельно от закона струн Пифагора единственными физическими законами, которые точно были известны древним, являются три закона, подробно описанные Архимедом (прим до Р. Х. — прим. 212 до Р. Х, гораздо более известным физиком античности. В
сегод няшней терминологии закон рычага объясняет, что малыми силами может быть поднят большой вес, потому что рычаг увеличивает силу согласно отношению расстояний от точки опоры рычага. Закон плавучести гласит, что любой объект, помещённый в жидкость, будет испытывать выталкивающую силу, равную весу вытесненной объектом жидкости. И закон отражения утверждает, что угол между лучом света и зеркалом будет равен углу между зеркалом и отражённым лучом. Однако сам Архимед не называл их законами, он также не объяснял их со ссылками на результаты наблюдений и измерений. Вместо этого он рассматривал их как чисто математические теоремы, являющиеся частью, не требующей доказательств системы, весьма схожей стой, что Эвклид создал для геометрии.
По мере распространения ионийского влияния появлялись и другие люди, способные увидеть, что во Вселенной присутствует опред елённого рода порядок, который может быть понят посредством наблюдений и формирования умозаключений. Анаксиманд р (прим. 610 до Р. Х. — прим. 546 до Р. Х, друг и, возможно, ученик Фалеса, утверждал, что поскольку человеческие младенцы при рождении абсолютно беспомощны, то если бы первый человек каким-либо образом появился бы на Земле, будучи младенцем, тоне смог бы выжить. В
дальнейшем, и это можно отметить как первый в истории человечества намёк на эволюцию,
Анаксиманд р обосновывал, что люди должны были, таким образом, развиться изд ругих животных, чьи д етёныши более выносливы. На Сицилии Эмпед окл (прим. 490 до Р. Х. прим. 430 до Р. Х) наблюдал за использованием инструмента, называющегося клепсид ра.
Иногд а используемый в качестве черпака, он представляет собой сферу с открытым горлышком и небольшими отверстиями в дне. Будучи погружён вводу, он наполняется и,
если затем закрыть горловину, клепсидру можно поднять без вытекания воды через отверстия над не. Эмпед окл заметил, что если закрыть горловину перед погружением, то клепсидра не заполняется. Он аргументировал это тем, что нечто невидимое должно быть препятствует поступлению воды через отверстия в сферу — таким образом он открыл материю, которую мы называем возд ухом.
Приблизительно в тоже время Демокрит (прим. 460 до Р. Х. — прим. 370 до Р. Х.),
проживающий в ионийской колонии в северной Греции, размышлял, что происходит, когда предмет ломают или разрезают на части. Он утверждал, что вы не сможете продолжать этот процесс бесконечно. Вместо этого он постулировал, что всё сущее, включая всех живых существ, состоит из элементарных частиц, которые не могут быть разрезаны или разломаны на части. Он назвал эти предельные частицы атомами, от греческого прилагательного,
означающего неделимый. Демокрит полагал, что даже материальные явления являются результатом взаимодействия атомов. Сего точки зрения, получившей название атомизм, все атомы в пространстве движутся и, до тех пор, пока на них не оказывается возд ействие,
прод олжают свод вижение неопред елённое время. Сегодня эта гипотеза называется законом инерции.
Революционная идея о том, что мы всего лишь обычные жители Вселенной, а не особые существа, призванные служить её центром, впервые отстаивалась Аристархом (прим. 310 до Р.
Х. — прим. 230 до Р. Ход ним из последних ионийских учёных. До наших дней дошло только одно из его вычислений, сложный геометрический анализ тщательных наблюд ений,
которые он производил, замеряя размер земной тени на поверхности Луны вовремя лунного затмения. Из своих наблюдений он сделал вывод , что Солнце должно намного превосходить размерами Землю. Возможно, вд охновлённый идеей о том, что малые объекты должны обращаться вокруг гигантских, а не наоборот, он стал первым человеком, утвержд ающим,
что Земляне является центром нашей планетарной системы, а напротив, она и другие планеты вращаются по орбитам вокруг Солнца. Малый шаг от понимания того, что Земля это всего лишь одна из планет до идеи о том, что наше Солнце также не является чем-то особенным. Аристарх думал, что дело обстоит именно таки полагал, что звезды, которые мы видим на ночном небе, на самом деле нечто иное как дал кие Солнца.
Ионийцы были одной из многих школ древнегреческой философии, каждая из которых имела отличающие её и зачастую противоречивые традиции. К сожалению, ионийский взгляд на природу что она может получить объяснение посредством общих законов и сведения к простому набору принципов — оказывал мощное влияние лишь на протяжении нескольких столетий. Одним из объяснений этого, является то, что в ионийских теориях, часто казало сь,
нет места для понятий свободной воли, целеполагания или концепции того, что боги вмешиваются в происходящее на Земле. Это было поразительным упущением, весьма тревожащим как древнегреческих мыслителей, таки многих людей сегодня. Философ Эпикур
(341–270 до Р. Х, к примеру, выступал против атомизма основываясь на том, что лучше следовать мифам о богах, чем стать рабом в судьбе натурфилософов. Аристотель также отвергал концепцию атомов, поскольку не мог принять тот факт, что человеческие существа состоят из бездушных неживых объектов. Ионийская идея о том, что человек не является
центром Вселенной, была ключевой вехой в нашем понимании космоса, но стоит отметить,
что, будучи высказанной, эта идея не стала распро странённой и общепризнанной, до появления Галилея, почти двадцатью столетиями позже.
Какими бы проницательными порой небыли их размышления о природе, большинство идей древних греков не могли бы соответствовать требованиям, предъявляемым к научным теориям в наше время. Например, поскольку греки не изобрели научный метод , разработка их теорий не предполагала получения экспериментального подтверждения. Таким образом, если один учёный утверждал, что атом движется прямолинейно до тех пор, пока не столкнётся с другим атомом, ад ругой учёный заявлял, что атом движется по прямой до тех пор, пока не столкнётся с циклопом, не существовало объективного способа разрешить подобное противоречие. Также, отсутствовали чёткие различия между человеческими и физическими законами. В пятом веке до Р. Х, к примеру, Анаксиманд р писал, что все вещи появляются из некоей первичной субстанции и возвращаются вне, чтобы заплатить штраф и претерпеть наказание за их недостойное поведение. Согласно ионийскому философу Гераклиту (прим до Р. Х. — прим. 475 до Р. Х, Солнце вед т себя так, а не иначе, потому что, в противном случае, оно станет объектом преследования со стороны богини правосудия. Несколькими столетиями спустя, стоики — греческая философская школа, возникшая около третьего века до Р. Х, ввели различие между состояниями, свойственными человеку и законами природ ы.
Од нако они включили правила человеческого поведения, считавшиеся ими универсальными,
такими как поклонение Богу и почитание родителей, в категорию законов природы. И
наоборот, они часто описывали физические процессы в юридических терминах и полагали,
что на эти процессы может быть оказано таким образом воздействие, несмотря на то, что объекты, от которых требовалось повиновение законам, являлись неод ушевлёнными. Если вам представляется сложной задача заставить людей соблюдать правила дорожного движения, представьте себе процесс убеждения, направленный на астероид , с целью заставить его двигаться по эллиптической орбите.
Эта традиция продолжала оказывать влияние на мыслителей, преемников греков, на протяжении многих столетий. В тринадцатом веке раннехристианский философ Фома
Аквинский (прим. 1225–1274) принял эту точку зрения и использовал ед ляд оказательства существования Бога, написав, Является несомненным, что [неод ушевлённые тела]
д о стигают своего конца неслучайно, но намеренно Существует, таким образом, разумное существо, чьей волей всё в природе направляется к завершению. Даже в конце шестнадцатого века, великий немецкий астроном Кеплер (1571–1630) полагал, что планеты обладают чувством восприятия и сознательно следуют законам движения, заложенным в их рассуд ок.
Понятие о законах природы как о том, чему следует неукоснительно повиноваться отражает тот факт, что внимание древних было сосредоточено на том, почему природа вед т себя тем или иным образом, а не на том как она это делает. Аристотель был одним из ведущих сторонников такого подхода, отвергая идею науки, основывающейся преимущественно на наблюдениях. В любом случае, производить точные измерения и математические вычисления в древние времена было затруднительно. Десятичная система,
которую мы находим столь удобной для арифметических вычислений, датируется примерно годом нашей эры, когда индусы достигли первых успехов в превращении данного метода в мощный инструмент. Обозначение знаков плюс и минус не было известно до пятнадцатого века. Также до шестнадцатого века небыли известны знак равенства и часы,
которые позволили бы измерить время с точностью до секунд ы.
Аристотель, однако, не видел проблем в измерении и вычислении как препятствия для развития физики, которая могла произвести количественные предсказания. Скорее он не видел потребности делать их. Вместо этого Аристотель построил свою физику на принципах,
которые привлекали его интеллектуально. Он исключал факты, которые находил непривлекательными и сосредотачивал усилия на выявлении причин, по которым происходят события, уделяя относительно мало внимания тому, что именно происходит. Аристотель только тогда корректировал свои заключения, когда их вопиющее расхождение с результатами наблюдений уже нельзя было игнорировать. Однако вносимые исправления зачастую являлись специальным образом подобранными объяснениями, которые былине более чем попытками скрыть суть противоречия. Таким образом, независимо от степени расхождения его теории с действительным положением дел, он всегда мог внести вне правки в объёме, достаточном для устранения противоречий. К примеру, его теория движения определяла, что тяжёлые тела падают с постоянной скоростью, пропорциональной их весу. Для объяснения того факта, что скорость объектов при падении очевидным образом возрастала, он изобрёл новый принцип, декларирующий, что поведение тел приобретает
«ликующий» характер и, следовательно, они ускоряются, приближаясь к месту обретения покоя. Сегодня подобный принцип выглядит применимым для описания скорее отдельной категории людей, нежели неод ушевлённых объектов.
Хотя теории Аристотеля зачастую имели низкую прогнозную ценность, его подход к науке преобладал в западном мышлении почти две тысячи лет.
Христианские последователи древних греков отвергли гипотезу о том, что Вселенная управляется беспристрастными законами природы. Также они отвергли идею о том, что люди не занимают во Вселенной привилегированную позицию. И хотя в средние века не существовало единой связной философской системы, объединяющим моментом было представление о Вселенной как о игровой площадке Бога, а изучать религию представлялось значительно более ценным, нежели природные явления. В самом деле, в 1277 году парижским епископом Темпьером, действующим по указанию Папы Иоанна XXI, был опубликован список 219 ошибок или ересей, которые считались неприемлемыми. В числе ересей, как вступающая в противоречие с идеей всемогущества Бога, находилась и гипотеза о природ е,
под чиняющейся законам. Интересно, что Папа Иоанн пал жертвой закона гравитации
[3]
несколькими месяцами спустя, когда крыша его дворца обрушилась на него
Современная концепция законов природы появилась в семнадцатом веке. Кеплер, похоже,
был первым учёным, в значении, которое вкладывает в этот термин современная наука, хотя,
как было сказано ранее, он сохранял анимистический взгляд на природу физических объектов.
Галилей (1564–1642) не использовал термин закон в своих наиболее известных научных трудах (хотя такой термин появлялся в некоторых переводах этих работ. Использовал он этот термин или нет, но Галилей открыл огромное множество законов и отстаивал значение принципов, согласно которым наблюдение лежит во снове науки и предназначением науки является исследование количественных связей, существующих между физическими явлениями. Однако, человеком, который недвусмысленно и чётко сформулировал понятие законов природы в их современном понимании, был Рене Декарт (Декарт полагал, что все физические явления должны быть объяснены в терминах столкновения движущихся масс, управляемых тремя законами — предшественниками знаменитых Ньютоновских законов движения. Он утверждал, что эти законы природы выполняются в любом месте ив любое время и недвусмысленно указывал, что подчинение этим законам не подразумевает разумности движущихся тел. Декарт также понял значимость того, что мы сегодня называем исходными условиями. Они описывали состояние системы вначале произвольного промежутка времени, в течение которого наблюдатель строит прогнозы. При заданном наборе исходных условий законы природы определяют, как система будет развиваться стечением времени, но без заданных исходных условий характер развития определить невозможно. Если, к примеру, в момент начала отсчёта времени голубь,
наход ящийся непосредственно над наблюдателем, роняет вниз свой гостинец, траектория данного падающего объекта определена законами Ньютона. Но результат может весьма различаться, в зависимости оттого, сидит ли в момент начала отсчёта времени голубь неподвижно на телефонном проводе или же находится в состоянии полёта со скоростью миль в час. Для применения законов природы наблюдатель должен знать о состоянии системы в момент начала наблюдений или, по меньшей мере, о её состоянии в опред елённый момент времени. (Наблюдатель может также использовать законы природы, чтобы определить состояние системы в прошлом).
По мере возрождения веры в существование законов природы имели место и новые попытки примирить эти законы с концепцией существования Бога. Согласно Декарту, Бог может пожеланию изменять истинность или ложность этических суждений или математических теорем, ноне природа. Он полагал, что Бог предопределил законы природ ы,
но не имел возможности выбора в этом процессе напротив, он выбрал их потому, что законы, влияние которых мы испытываем, являлись единственно возможным выбором. Это могло показаться посягательством на власть Бога, но Декарт обошёл этот момент, утвержд ая,
что неизменность этих законов является отражением присущих самому Богу качеств. Если бы это было правдой, можно было бы предположить, что у Бога всё ещё есть возможность создания многообразных различных миров, каждый из которых характеризовался бы различным набором исходных условий. Однако Декарт это также отрицал. Независимо от способов организации материи в момент появления Вселенной, утверждал он, спустя время, в процессе развития появится мир идентичный нашему. Более того, Декарт предполагал, что
Бог, единожды сотворив миро ставил его в полном од иночестве.
Под обное положение (с некоторыми исключениями) было принято Исааком Ньютоном. Ньютон был человеком, добившимся со своими тремя законами движения и законом земного притяжения принятия современной концепции физического закона. Его законы позволяли производить расчёты орбит Земли, Луны и планета также объясняли такие явления, как приливы. Небольшое количество уравнений, разработанных им, а также развитая нами на изо снове математическая база, всё ещё изучаются сегодня и применяются как архитектором при проектировании здания, таки инженером, проектирующим автомобиль или физиком, производящим расчёты, для точного нацеливания ракеты, предназначающейся к посадке на Марс. Как писал поэт Александр Поуп:
Был этот мир извечной тьмой окутан;
Да будет свети вот явился Ньютон.
Сегод ня большинство учёных сказали бы, что закон природы это правило, опирающееся на результаты регулярных наблюдений и позволяющее делать прогнозы, распространяющиеся за пределы наблюдаемой ситуации. К примеру, мы могли бы заметить, что Солнце восходит на востоке каждое утро нашей жизни и постулировать закон, гласящий Солнце всегда восходит на востоке. Данное утверждение является обобщением, распространяющимся за
пределы наших наблюдений за восходящим Солнцем, и формирует проверяемый прогноз на будущее. С другой стороны, заявление Компьютеры в этом офисе — чёрные» не является законом природы, поскольку относится только к компьютерам, находящимся внутри офисного помещения и не позволяет делать прогнозы вроде Если в мой офис купят новый компьютер, он будет чёрным».
Наше современное понимание термина закон природы является предметом спора философов с момента появления и это более тонкий вопрос, нежели может показаться на первый взгляд . К примеру, философ Джон У. Кэрролл сравнивал утверждение Все золотые шары — менее мили в диаметре с утверждением Все шары, состоящие из урана менее мили в диаметре. Наши наблюдения окружающего мира подтверждают, что не существует золотых шаров в милю шириной и, с достаточной степенью уверенности, можно считать, что их никогда и не будет. Тем не менее, у нас нет причин полагать, что появление такого шара невозможно и, следовательно, данное утверждение не может считаться законом.
С другой стороны, утверждение, что Все шары, состоящие из урана — менее мили в диаметре могло бы считаться законом природы, потому, что согласно нашим знаниям о ядерной физике, если шар, состоящий из урана, превысит диаметр шесть дюймов, он уничтожит себя в процессе ядерного взрыва. Таким образом, мы можем быть уверены, что подобные шары не существуют. (Предпринимать попытки создания такого шара — не самая лучшая идея) Это различие важно, поскольку показывает, что не все обобщения, которые мы формируем в процессе наблюдений, могут считаться законами природы и что большинство законов природы являются компонентами более объёмной, взаимосвязанной системы законов.
В современной науке законы природы обычно записываются посредством математических формул. Они могут быть точными или приблизительными, но всегда без исключения должны обеспечивать возможность проверки посредством наблюдения, если и не в любом случае то, как минимум, для заданного набора условий. Например, нам теперь известно, что законы Ньютона должны быть изменены в случае, если объекты движутся со скоростями, близкими к скорости света. И всё же, мы считаем законы Ньютона законами,
по скольку они обеспечивают как минимум очень высокое приближение результатов получаемых при измерениях, для условий повседневного мира, в котором скорости, с которыми мы имеем дело, гораздо ниже скоростей света.
Если природа управляется законами, возникает три вопроса. Что является первоисточником этих законов. Существуют ли исключения из законов, например, чудеса. Единственный ли комплект законов существует?

Эти важные вопросы различным образом рассматривались учёными, философами и теологами.
Ответ, традиционно даваемый на первый вопрос ответ Кеплера, Галилея, Декарта и
Ньютона — гласил, что законы это дело рук божьих. Однако это есть нечто иное, как определение Бога, являющегося воплощением законов природы. И если только исследователь не наделяет Бога иными атрибутами, присущими, к примеру, Богу Ветхого Завета,
использование Бога в качестве ответа на первый вопрос есть нечто иное, как замена одной загадки другой. Таким образом, включив Бога в ответ на первый вопрос, мы услышим отчётливый хруст во сновании второго вопроса существуют ли чудеса, исключения из законов?
Различия во мнениях касательно ответа на второй вопрос имеют чётко выделенный характер. Платон и Аристотель, наиболее влиятельные древнегреческие авторы,
прид ерживались мнения, что из законов не существует исключений. Если же принять библейскую точку зрения, то Бог не только создал законы, но также может быть подвигнут посредством молитв на создание исключений, таких как исцеление неизлечимо больного,
д о срочное прекращение засухи или восстановления крокета как олимпийского вида спорта. В
противоположно сть д екартовской точке зрения, почти все христианские мыслители придерживались мнения, что Бог должен обладать возможностью временно приостанавливать действие законов для совершения чудес. Даже Ньютон в некотором роде верил в чудеса. Он думал, что орбиты планет могли быть нестабильны потому, что гравитационное притяжение одной планеты к другой могло вызывать нарушение орбит,
которое, увеличиваясь со временем, могло иметь результатом как падение планет на Солнце,
так и выбрасывание их за пределы солнечной системы. Бог, полагал он, должен постоянно регулировать орбиты или, другими словами, подводить небесные часы, не позволяя им останавливаться. Однако Пьер-Симон, маркиз де Лаплас (1749–1827), более известный как
Лаплас, утверждал, что указанные возмущения могли быть периодическими, что являло сь,
скорее, свидетельством повторяющихся циклов, нежели кумулятивного эффекта. Солнечная система, таким образом, могла сама восстанавливать своё состояние и, чтобы объяснить, как она смогла дожить до сегодняшнего дня, в божественном вмешательстве необходимости не было.
С именем Лапласа обычно связывают первую четкую формулировку научного детерминизма для данного состояния Вселенной в конкретный момент времени, существует комплект законов, позволяющий полностью определить как будущее, таки прошлое её
со стояния. Это могло бы исключить возможность чудес или лишило Бога возможности играть активную роль. Научный детерминизм, сформулированный Лапласом, это ответ современных учёных на второй вопрос. Это, по сути, основа всей современной науки и принцип, важность которого неизменна на всём протяжении данной книги. Научный закон не является таковым, если действует только тогда, когда некая сверхъестественная сущность принимает решение не вмешиваться. Говорят, что поняв это, Наполеон спросил Лапласа о том, какое место занимает Бог в этой картине мира. Лаплас отвечал Сэр, я не нуждался в этой гипотезе».
По скольку люди живут во Вселенной и взаимодействуют с другими её объектами,
научный детерминизм должен быть также применим и к людям. Многие, однако, соглашаясь стем, что научный детерминизм определяет течение физических процессов, хотели бы сделать исключение для поведения людей, основываясь на вере в наличие у нас свободной воли. Декарт, к примеру, для защиты идеи свободной воли утверждал, что разум человека не принадлежит физическому миру и не следует его законам. По его мнению, личность состоит изд вух составных частей, тела и души. Тела — это нечто иное, как заурядные машины, но души не попадают в сферу действия научных законов. Декарт проявлял интерес к анатомии и физиологии и считал небольшой орган в центре мозга, носящий название шишковидного тела, местом, в котором располагается душа. Эта железа, по его мнению, был местом, где формируются все наши мысли, источник нашей свободной воли. У людей есть свобода воли
Если мы обладаем свободной волей, тов каком месте эволюционного древа произошло её развитие Обладают ли свободной волей сине-зелёные водоросли или бактерии, или их поведение автоматично и полностью в рамках законов науки Только ли многоклеточные организмы обладают свободной волей, или она присуща лишь млекопитающим Мы можем считать, что шимпанзе являет пример свободной воли, решив погрызть банан, или кошка,
когд а она потрошит ваш диван, но что насчёт круглого червя Caenorhabditis elegans простого существа, состоящего всего из 959 клеток Он, вероятно, никогда нед умает, А это была чертовски вкусная бактерия, что досталась мне на прошлый обед », хотя у него есть пищевые предпочтения ион, основываясь не недавнем опыте, либо выберет непривлекательную пищу, либо отправится на поиски чего получше.
Это ли пример свободной воли Хотя мы и чувствуем, что можем выбирать что д елать,
наше понимание молекулярных основ показывает, что биологические процессы подчиняются законам физики и химии и, таким образом, также предопределены, как и орбиты планет.
Нед авние исследования в неврологии подтверждают точку зрения, согласно которой именно наш физический мозг, следуя известным законам науки, определяет наши действия, а вовсе не какая-то сила, существующая за пределами этих законов. К примеру, исследования пациентов,
перено сящих операции на мозге в состоянии бодрствования, показали, что воздействие электрическими импульсами на отдельные области мозга способно вызвать у пациента желание шевельнуть кистью, рукой, ногой, а также пошевелить губами или заговорить.
Сложно представить, как свободная воля может действовать, если наше поведение определено физическими законами, так что, по-вид имому, мы являемся ничем иным, как биологическими машинами, а свобода воли — это всего лишь иллюзия.
Признавая, что человеческое поведение в действительности определяется законами природы, также следует заключить, что результат, определяемый настолько сложным способом и при наличии столь многих переменных величин, является практически непредсказуемым. Для его получения потребовалось бы знание о изначальном состоянии каждой из тысяч триллионов триллионов молекул человеческого тела и решение большого числа уравнений. Это заняло бы несколько миллиардов лет, что многовато для случаев когд а,
например, требуется всего лишь увернуться от замахнувшегося противника.
По скольку непрактично применять основные физические законы для предсказания поведения людей, мы принимаем то, что называется действующей теорией. В физике под действующей теорией понимается структура, созданная с целью моделирования опред елённых наблюдаемых явлений, без детального описания всех основных составляющих процессов. Например, мы не в состоянии точно решить уравнения, определяющие гравитационные взаимодействия каждого атома в человеческом телес каждым атомом
Земли. Но, для практических целей, гравитационная сила возникающая между человеком и поверхностью земли, может быть описана в виде всего нескольких чисел, таких, как общая масса тела человека. Подобным же образом, мы не в состоянии решить уравнения,
опред еляющие поведение сложных атомов и молекул, номы разработали действующую теорию, называемую химией, которая обеспечивает достаточное объяснение поведения атомов и молекул вовремя химических реакций, без необходимости учёта каждой детали взаимодействий. В случае же слюд ьми, раз уж мы не можем решить уравнения,
опред еляющие наше поведение, мы применяем действующую теорию о наличии у людей свободной воли. Наукой, изучающей нашу волю и обусловленное ею поведение, является психология. Экономика также является действующей теорией, основанной на понятии свободной воли и допущении, что люди оценивают различные возможные варианты действий и выбирают наилучший. Действующая теория является умеренно успешной в части предсказания поведения, поскольку, как всем нам известно, решения зачастую являются нерациональными или основанными на неполном анализе последствий того или иного выбора. Вот поэтому-то в мире и царит такой беспоряд ок.
Третий вопрос рассматривает, являются ли законы, определяющие поведение Вселенной и человека единственными в своём роде Если на первый вопрос вы ответили, что Бог создал законы, тогда этот звучит следующим образом была ли у него свобода выбора Аристотель и Платон, как и Декарта позднее Эйнштейн считали, что принципы, лежащие во снове природы, существуют за пределами каких-либо требований, поскольку являются единственными законами, формирующими рациональные объяснения. Следуя убеждению в том, что своему происхождению законы природы обязаны логике, Аристотель и его последователи полагали, что таковые законы должны выводиться без оглядки на то, как на самом деле вед т себя природа. Это, а также размышления на тему, почему объекты следуют законам, вместо конкретизации того, чем законы являлись, привело его к созданию по большей части законов, выражаемых в качественной форме. Законов, которые зачастую были неверны и не принесли особой пользы, несмотря на то, что доминировали в научной мысли многие века. Много позже, люди, такие как Галилей, осмелились бросить вызов авторитету
Аристотеля и наблюдали затем, как на самом деле происходят природные явления, вместо
принятия на веру того, что, согласно чистой воды соображениям, должно было происход ить.
Корни этой книги лежат в концепции научного детерминизма, который под разумевает,
что ответ на второй вопрос не предполагает наличия чудес или исключений из законов природы. Мы постараемся, однако, дать более глубокие ответы на первый и третий вопро сы,
темы которых как возникают законы и являются ли эти законы единственно возможным выбором. Но прежде всего, вслед ующей главе, мы постараемся изложить, что же,
собственно, описывают законы природы. Большинство учёных сказали бы, что они являются математическим отражением внешней реальности, существующей независимо от наблюдателя. Но как только мы начинаем размышлять привычным способом, наблюдая и формируя концепции о нашем окружении, то тут же упираемся в вопрос есть ли у нас основания полагать, что объективная реальность существует

  1   2   3   4   5   6   7   8

перейти в каталог файлов
связь с админом