Нужна ли физике философия?

Когда прославленный учёный всерьёз говорит о миллионах мультивселенных, старый вопрос о нашем космическом одиночестве приобретает новый оттенок. Наша Вселенная постоянно расширяется, причём делает это со всё возрастающей скоростью. Её размеры непостижимы, однако она пребывает в равновесии, которое выглядит весьма хрупким. Иногда кажется совершенно невероятным, что такая Вселенная вообще могла возникнуть.

В 2004 году нейробиолог Кристоф Кох писал: «Как бы философия на нас, учёных, ни действовала — вдохновляла, утомляла, раздражала, — все наши теории и эксперименты основываются на конкретных философских допущениях. Это обстоятельство прямо-таки бесит многих исследователей и поэтому редко признаётся. Такие базовые понятия, как реальность, космос, время, причинность, которые составляют ядро науки, опираются на метафизические предположения».

Сказанное может показаться очевидным, тем более что сто лет назад о том же говорили Эйнштейн, Бор и другие основатели новой физики. Однако в послевоенный период взгляды учёных на сей счёт резко изменились. Плохо в целом образованные математики и естествоиспытатели XXI века убеждены, что философия больше не нужна. Давно прошли славные времена Карла Поппера, который ввёл принцип фальсифицируемости как критерий научности, и Томаса Куна, заметившего явление смены парадигм.

На протяжении многих лет философией науки занимались только философы, тогда как учёные лишь посмеивались, а порой даже издевались: в 1994 году физик Алан Сокал из Нью-Йоркского университета (США) написал совершенно бессмысленный текст, переполненный к тому же научными ошибками, но его принял к публикации один из ведущих журналов, посвящённый исследованиям в постмодернистском ключе.

Но, возможно, времена меняются. Заметны признаки того, что современная наука вновь начинает интересоваться философией. Причиной тому — трудности физики и космологии, а именно проблема объяснения «тонкой настройки» Вселенной. Вот три самых странных «совпадения», без которых не было бы ни нас, ни нашего мира.

1. Углеродный резонанс и сильное взаимодействие. Изобилие водорода, гелия и лития хорошо объясняется современной физикой, а вот образование тяжёлых элементов, начиная с углерода, зависит от баланса сильного и слабого взаимодействий. Если бы сильное взаимодействие было чуть сильнее или чуть слабее (всего на 1%), не было бы ни углерода, ни любого другого тяжёлого элемента во Вселенной, а следовательно, не возникло бы никаких основанных на углероде форм жизни, способных задаваться этим вопросом.

2. Отношение массы протона к массе электрона. Масса нейтрона чуть больше совокупной массы протона, электрона и нейтрино. Если бы нейтрон был чуть менее тяжёлым, он бы не мог распадаться без потребления энергии. Имей он массу всего на 1% меньше, распадались бы изолированные протоны, а не нейтроны, и тогда атомы тяжелее лития образовывались бы очень редко.

3. Космологическая постоянная. Пожалуй, самый поразительный пример тонкой настройки — это парадокс космологической постоянной. Если, исходя из принципов квантовой механики, делать расчёт «плотности энергии вакуума» Вселенной, отталкиваясь от электромагнитного взаимодействия, получается невероятный результат: пустой космос «весит» 10⁹³ г/см³. Между тем наблюдаемая средняя плотность вещества во Вселенной составляет 10^–28 г/см³, то есть отличается от теоретического значения на 120 порядков.

Учёные полагали, что если в подобных вычислениях учесть все остальные взаимодействия, то результат будет нулевым как следствие неизвестного закона физики. Но эти надежды были разбиты в 1998 году открытием ускоряющегося расширения Вселенной, то есть космологическая постоянная всё же немного больше нуля. Как ни странно, это соответствует предсказанию, сделанному в 1987 году нобелевским лауреатом Стивеном Вайнбергом, который заявил, что в противном случае новорождённая Вселенная либо расширилась бы слишком быстро (звёзды и галактики не успели бы образоваться), либо схлопнулась бы давным-давно.

Короче говоря, Вселенная обладает таким набором свойств, как будто её специально настраивали под создание разумной жизни. Пока одни физики всё ещё держатся «естественного» объяснения, многие другие вплотную подходят к представлению о том, что наша Вселенная в корне неестественна. Речь, конечно, о беспомощном антропном принципе: Вселенная пребывает в столь невероятном состоянии, поскольку в противном случае не было бы того, кто мог бы удивиться этому обстоятельству. Более того, сторонники такого подхода утверждают: из господствующей теории Большого взрыва и вечного расширения логично вытекает, что наша Вселенная — всего лишь один из многочисленных «карманов» непрерывно разветвляющейся мультивселенной.

Инфляционная модель, к слову, получила серьёзную экспериментальную поддержку 17 марта 2014 года, когда было объявлено об открытии гравитационных волн — эха Большого взрыва, в данных, полученных телескопами, установленными на Южном полюсе.

В том же ключе теория струн, современный кандидат на «теорию всего», предсказывает существование 10⁵⁰⁰ параллельных вселенных (по одной из версий). В этом обширном (и, возможно, бесконечном) ансамбле обязательно должна была найтись вселенная, настроенная специально под нас.

Однако, по мнению многих учёных, подобные сказки не имеют никакого отношения к традиционной эмпирической науке. В книге «Неприятности с физикой» (2006) Ли Смолин писал: «Мы, физики, должны взглянуть в лицо кризису. Научная теория (мультивселенная, антропный принцип, теория струн), которая не делает предсказаний и потому не подлежит экспериментальной проверке, никогда не подведёт, но и не приведёт к успеху, пока под наукой понимается знание, полученное посредством рационального рассуждения на основании наблюдения».

Тем не менее, хотя экспериментальная проверка невозможна, кое-что объяснить сторонникам этих теорий придётся. Например, если действительно существует бесконечное число вселенных вроде нашей, как утверждают некоторые физики, откуда возьмётся «вероятностная мера»? Иными словами, что означает разговор о «вероятности» существования нашей Вселенной в наблюдаемом состоянии?

Есть и такие учёные, которые не видят альтернативы некоторым вариантам мультивселенной и антропному принципу. Физик Макс Тегмарк в недавно вышедшей книге «Наша математическая вселенная» доказывает не только реальность мультивселенной, но и то, что мультивселенная математична: все математические законы и построения действительно существуют и являются предельным материалом вселенной.

На этом фоне учёные всё чаще призывают к началу переговоров с философами. В недавней статье, опубликованной журналом New Scientist, космолог Джозеф Силк, рассматривая эти и другие вопросы, встающие перед наукой, отмечает, что это уже проблемы, касающиеся смысла самого нашего бытия, а потому они сродни тем, которые тысячелетиями обсуждают философы. И действительно, уже появилась так называемая нейрофилософия. «Провести границу между физикой и философией нелегко, — писал г-н Силк. — Возможно, пришло время оставить эти бесплодные попытки и попытаться выяснить, что нас объединяет».

Подготовлено по материалам Math Drudge и The Conversation.