Текст книги "Высший замысел"

 
Природы строй, ее закон
В извечной тьме таился.
И молвил Бог: «Явись, Ньютон!»
И всюду свет разлился[2]2
  В таком виде четверостишие приводится в советских изданиях о Ньютоне 1930–1940-х гг.


[Закрыть].
 

Сегодня большинство ученых сказали бы, что закон природы – это правило, опирающееся на результаты регулярных наблюдений и позволяющее делать прогнозы, выходящие за пределы наблюдаемой ситуации. Например, мы можем заметить, что на протяжении нашей жизни Солнце каждое утро встает на востоке, и сформулировать закон так: «Солнце всегда встает на востоке». Это обобщение выходит за пределы наших ограниченных наблюдений за восходом Солнца и позволяет делать прогнозы на будущее, которые можно проверить. С другой стороны, такое утверждение, как «компьютеры в этом офисе – черного цвета», не является законом природы, поскольку относится только к компьютерам в офисе и не позволяет делать прогнозы наподобие следующего: «если в офис покупают новый компьютер, он будет черным».

Наше современное понимание термина «закон природы» всесторонне обсуждается философами на протяжении долгого времени. И это более тонкий вопрос, чем может показаться на первый взгляд. Например, философ Джон У. Кэрролл сравнил утверждения «у всех золотых шаров диаметр меньше мили» и «у всех шаров из урана-235 диаметр меньше мили». Наши наблюдения говорят нам, что нет золотых шаров с диаметром больше мили, и мы можем быть вполне уверены, что такие шары никогда не появятся. И все же у нас нет оснований полагать, что их не может быть вовсе, поэтому данное утверждение не считается законом. С другой стороны, утверждение «у всех шаров из урана-235 диаметр меньше мили» может считаться законом природы, поскольку из ядерной физики мы знаем, что как только шар из урана-235 достигнет диаметра больше 15 см, он уничтожит сам себя в результате ядерного взрыва. Следовательно, мы можем быть уверены, что такие шары не существуют. (И не стоит пытаться сделать такой шар!) Это различие имеет значение, поскольку оно показывает, что не все обобщения, сформулированные на основе наблюдений, могут считаться законами природы и что большинство законов природы являются частью более крупной системы взаимосвязанных законов.

В современной науке законы природы обычно формулируются математически. Они могут быть точными или приблизительными, но в процессе наблюдений они должны соблюдаться без исключений – если не всегда и везде, то по крайней мере при оговоренном наборе условий. Например, сейчас мы знаем, что если объекты перемещаются со скоростями, близкими к скорости света, то законы Ньютона должны быть изменены. И все же мы считаем законы Ньютона законами, поскольку они выполняются довольно исправно, по крайней мере с хорошей степенью точности, в условиях повседневной жизни, где скорости гораздо меньше скорости света.

Если природой управляют законы, то возникает три вопроса.

1. Каково происхождение этих законов?

2. Бывают ли исключения из этих законов, т. е. чудеса?

3. Является ли набор возможных законов единственным?

Ученые, философы и богословы пытались ответить на эти важные вопросы разными способами. Традиционным ответом на первый вопрос был постулат Кеплера, Галилея, Декарта и Ньютона, заключающийся в том, что эти законы установлены Богом. Однако это не более чем определение Бога как воплощения законов природы. Если не наделить Бога некоторыми другими признаками, например присущими Богу Ветхого Завета, то такой ответ на первый вопрос всего лишь подменяет одну тайну другой. Таким образом, если мы привлекаем идею Бога для ответа на первый вопрос, кризисная ситуация складывается с ответом на второй вопрос: бывают ли чудеса – исключения из этих законов?

Мнения относительно ответа на второй вопрос разделились. Платон и Аристотель (самые влиятельные древнегреческие авторы) считали, что исключений из законов природы не бывает. Но если принять библейское мировоззрение, то Бог не просто создал законы – к нему можно обратиться с молитвой, чтобы Он сделал исключение из них: помог вылечить неизлечимо больного, прекратил засуху, вернул крокет в список олимпийских видов спорта. В отличие от Декарта почти все христианские мыслители придерживались мнения, что Бог способен приостановить действие законов для совершения чудес. Даже Ньютон верил в чудеса подобного рода. Он думал, что орбиты планет должны быть нестабильны, поскольку гравитационное притяжение одной планеты к другой будет вызывать нарастающие со временем отклонения от орбит и приведет к тому, что планеты упадут на Солнце или покинут Солнечную систему. Он верил, что Бог должен подправлять орбиты – «заводить небесные часы, чтобы они не остановились». Однако Пьер-Симон де Лаплас (1749–1827), широко известный как маркиз де Лаплас, утверждал, что такие отклонения должны быть периодическими, то есть должны циклически повторяться, а не накапливаться. Тогда Солнечная система будет подстраиваться сама, и для объяснения, почему она сохранилась до наших дней, не потребуется божественного вмешательства.

Именно Лапласа обычно считают первым, кто четко сформулировал принцип научного детерминизма: если известно состояние Вселенной в некоторый момент времени, то полный набор законов полностью определяет как ее прошлое, так и будущее. Это исключает возможность чудес или активную роль Бога. Принцип научного детерминизма, сформулированный Лапласом, является ответом современной науки на второй вопрос. Фактически это основа всей современной науки, и этот принцип играет важную роль в данной книге. Научный закон не будет таковым, если он выполняется только тогда, когда некое сверхъестественное существо решило не вмешиваться. Рассказывают, что, понимая это, Наполеон спросил Лапласа, как в эту картину мира вписывается Бог, и получил ответ: «Сир, я не нуждался в этой гипотезе».

Поскольку люди живут во Вселенной и взаимодействуют с другими наполняющими ее объектами, принцип научного детерминизма должен соблюдаться и для людей. Однако многие, признавая, что физические процессы подчиняются принципу научного детерминизма, делают исключение для поведения человека, поскольку считают, что мы обладаем свободой воли. Например, Декарт, стремясь сохранить идею свободы воли, утверждал, что человеческий разум обособлен от физического мира и не подчиняется его законам. Он считал, что человек состоит из двух компонентов – тела и души. Тело – это не что иное, как обычный механизм, но душа не может рассматриваться в общем контексте. Декарт активно интересовался анатомией и физиологией и считал вместилищем души крошечный орган в центре мозга, называемый эпифизом, или шишковидной железой. Он полагал, что этот орган является местом, где формируются все наши мысли, и считал его источником свободы воли.

«Думаю, Вам стоит лучше проработать второй этап».

Обладают ли люди свободой воли? Если у нас есть свобода воли, то на каком этапе эволюции она возникла? Обладают ли свободой воли сине-зеленые водоросли и бактерии или их поведение является автоматическим и подчиняется законам физики? Может быть, свободой воли обладают только многоклеточные организмы или только млекопитающие? Мы могли бы подумать, что шимпанзе проявляет свободу воли, когда решает съесть банан, или что свободу воли проявляет кошка, когда портит диван. Но что сказать о круглом черве Caenorhabditis elegans – простом создании, состоящем всего из 959 клеток? Пожалуй, он никогда не думает: «Какая вкусная бактерия попалась мне на обед». Хотя он тоже имеет свои предпочтения в еде и либо согласится на непривлекательную пищу, либо отправится на поиски чего-нибудь повкуснее – в зависимости от недавнего опыта. Является ли это проявлением свободы воли?

Хотя нам кажется, что мы можем делать осознанный выбор, наши познания в области молекулярных основ биологии свидетельствуют о том, что биологические процессы подчиняются законам физики и химии и, следовательно, настолько же детерминированы, как и орбиты планет. Недавние эксперименты в области нейробиологии подтверждают мнение о том, что нашими действиями управляет наш физический мозг, подчиняющийся научным законам, а не какой-то силе, существующей вне этих законов. Например, изучение пациентов, находившихся в бодрствующем состоянии во время операции на головном мозге, показало, что путем электрической стимуляции определенных зон мозга можно вызвать у пациента желание подвигать кистью, рукой или ногой, а также открыть рот и что-то сказать. Трудно представить, как может проявляться свобода воли, если наше поведение определяется физическими законами. Похоже, мы – не более чем биологические механизмы, а свобода воли – всего лишь иллюзия.

Признавая, что человеческое поведение действительно определяется законами природы, разумно будет заключить, что оно координируется настолько сложным образом и зависит от такого огромного числа переменных, что спрогнозировать его практически невозможно. Для этого необходимо было бы знать начальное состояние каждой из тысяч триллионов триллионов молекул человеческого тела и решить примерно такое же число уравнений. На это ушло бы несколько миллиардов лет, так что мы не успели бы уклониться от удара, если бы человек, стоящий напротив, собрался его нанести.

Поскольку использовать основополагающие физические законы для предсказания человеческого поведения непрактично, мы придерживаемся так называемой эффективной теории. Эффективной теорией в физике называют подход, созданный для моделирования некоторых наблюдаемых явлений без подробного описания всех процессов. Например, мы не можем точно решить уравнения, управляющие гравитационными взаимодействиями каждого атома человеческого тела с каждым атомом на Земле. Но для всех практических целей сила притяжения между человеком и Землей может быть описана с использованием всего нескольких чисел, например значением массы тела человека. Мы также не можем решить уравнения, которым подчиняется поведение сложных атомов и молекул, но мы разработали эффективную теорию, которая называется химией и обеспечивает адекватное описание поведения атомов и молекул в химических реакциях без учета всех подробностей таких взаимодействий. В случае людей – поскольку мы не можем решить уравнения, определяющие наше поведение, – мы используем эффективную теорию, предполагающую, что люди обладают свободой воли. Изучением нашей воли и связанного с ней поведения занимается психология. Экономика также является эффективной теорией, в основе которой лежат понятие свободы воли и предположение о том, что люди оценивают возможные планы действий и выбирают наилучший. Эта эффективная теория не всегда позволяет успешно предсказывать поведение, поскольку все мы знаем, что решения часто бывают нерациональными или принимаются на основе неправильного анализа последствий. Вот почему в мире столько неразберихи.

Третий вопрос ставит под сомнение, что законы, определяющие поведение Вселенной и человека, уникальны. Если на первый вопрос вы ответили, что законы созданы Богом, то этот вопрос связан с тем, была ли у Него возможность выбирать их. Аристотель и Платон, а также Декарт и позднее Эйнштейн полагали, что законы природы существуют «в силу необходимости» – поскольку это единственные правила, имеющие логический смысл. Из-за своей веры в неразрывную связь законов природы и логики Аристотель и его последователи думали, что можно «вывести» эти законы, не обращая особого внимания на то, как в действительности ведет себя природа. Наряду с сосредоточенностью на том, почему объекты подчиняются правилам, а не на том, каковы эти правила, это привело Аристотеля к открытию преимущественно качественных законов, которые зачастую были ошибочны и в любом случае не приносили большой пользы, хотя и господствовали в науке в течение многих веков. Лишь спустя время такие ученые, как Галилей, осмелились оспорить авторитет Аристотеля и стали наблюдать за действительным поведением природы, а не за тем, что ей велит делать чистый «разум».

Эта книга основывается на понятии научного детерминизма, который предполагает, что ответ на второй вопрос заключается в отсутствии каких-либо чудес или исключений из законов природы. Тем не менее мы вернемся к первому и третьему вопросам, чтобы подробно разобраться в том, как появились законы природы и являются ли они единственно возможными. Но сначала, уже в следующей главе, мы рассмотрим, что же они описывают. Большинство ученых сказали бы, что законы природы являются математическим отражением внешней реальности, существующей независимо от наблюдателя. Но когда мы размышляем о способе проведения наблюдений и формирования представлений о том, что нас окружает, возникает вопрос: имеются ли у нас основания полагать, что объективная реальность существует?

Глава 3
Что такое реальность

НЕСКОЛЬКО ЛЕТ НАЗАД МУНИЦИПАЛЬНЫЙ СОВЕТ итальянского города Монца запретил жителям держать золотых рыбок в аквариумах выпуклой формы. Автор данной инициативы объяснил этот запрет частично тем, что держать рыбку в аквариуме с выпуклыми стенками жестоко, поскольку, глядя наружу, она видит искаженную картину реальности. Но откуда нам знать, что мы видим истинную, неискаженную картину? Может быть, и мы сами находимся внутри какого-то огромного аквариума выпуклой формы и смотрим на мир сквозь огромную линзу? Картина реальности, которую видит золотая рыбка, отличается от нашей, но разве можно утверждать, что она менее реальна?

Золотая рыбка видит мир не таким, каким видим его мы, но она могла бы сформулировать научные законы, управляющие движением объектов, находящихся за пределами аквариума. Например, из-за искажений свободно движущийся объект, который для нас перемещается по прямой, с точки зрения золотой рыбки будет двигаться по криволинейной траектории. И все же золотая рыбка могла бы сформулировать в своей искаженной системе отсчета научные законы, которые всегда выполнялись бы и позволили бы предсказывать движение объектов вне аквариума. Эти законы были бы более сложными, чем законы в нашей системе отсчета, но простота – это дело вкуса. Если бы золотая рыбка сформулировала такую теорию, нам пришлось бы признать ее точку зрения правомерной картиной ее реальности.

Знаменитым примером различных картин реальности является модель, предложенная примерно в 150 г. н. э. Птолемеем (ок. 85–165) для объяснения движения небесных тел. Птолемей опубликовал свою работу в тринадцатитомном трактате, который стал широко известен под арабским названием «Альмагест». Начинается «Альмагест» с объяснения причин, позволяющих считать Землю сферической, неподвижной, расположенной в центре Вселенной и ничтожно малой по сравнению с протяженностью небес. Несмотря на существование гелиоцентрической модели Аристарха большинство образованных греков разделяли эти представления Птолемея по крайней мере со времен Аристотеля, который по мистическим соображениям считал, что Земля должна быть в центре Вселенной. В модели Птолемея статичная Земля располагается в центре, а планеты и звезды движутся вокруг нее по сложным орбитам с эпициклами, как колеса, катящиеся по колесам.

Эта модель казалась естественной, поскольку мы не чувствуем, что Земля у нас под ногами движется (кроме как при землетрясениях и от прилива чувств). Впоследствии европейское образование базировалось на сохранившихся греческих источниках, поэтому на идеи Аристотеля и Птолемея опирались большинство западных мыслителей. Предложенная Птолемеем модель космоса была принята католической церковью и считалась официальной доктриной на протяжении четырнадцати веков. Альтернативная модель появилась лишь в 1543 г. Она была предложена Коперником в его книге De revolutionibus orbium coelestium («О вращении небесных сфер»), вышедшей в свет только в год его смерти (хотя он работал над своей теорией несколько десятилетий).

Вселенная Птолемея. Птолемей считал Землю центром Вселенной.

Коперник, как и Аристарх семнадцатью веками ранее, описал мир, в котором Солнце неподвижно, а планеты обращаются вокруг него по круговым орбитам. Эта идея не была новой, однако ее возрождение было встречено яростным сопротивлением. Коперниканскую модель сочли противоречащей Библии, в которой, по мнению толкователей, говорится о движении планет вокруг Земли, хотя нигде в Писании явно об этом не сказано. На самом же деле во времена написания Библии люди считали Землю плоской. Модель Коперника вызвала неистовые споры о том, неподвижна ли Земля. Кульминацией этих споров стал процесс 1633 года над Галилео Галилеем. Ученого обвинили в ереси за то, что он защищал модель Коперника, полагая, «что можно придерживаться мнения и отстаивать его как правдоподобное после того, как оно было объявлено противоречащим Священному Писанию». Галилея признали виновным, приговорили к пожизненному домашнему аресту и заставили отречься от своих взглядов. Говорят, что он все равно прошептал: «Eppur si muove» («И все-таки она вертится»). В 1992 году римско-католическая церковь наконец признала, что несправедливо осудила Галилея.

Так какая система верно описывает реальность – система Птолемея или Коперника? Хотя нередко говорят, что Коперник опроверг взгляды Птолемея, это не так. Как и при сравнении обычного взгляда на мир и картины, которую видит золотая рыбка, любую из этих двух систем можно использовать в качестве модели Вселенной, поскольку то, что мы наблюдаем на небе, можно объяснить, предполагая как неподвижность Земли, так и неподвижность Солнца. Несмотря на ту роль, которую сыграла система Коперника в философских спорах о природе нашей Вселенной, ее настоящее преимущество заключается в том, что уравнения движения в системе отсчета, в которой Солнце неподвижно, записываются гораздо проще.

Другой вид альтернативной реальности представлен в фантастическом фильме «Матрица», в котором люди, того не осознавая, живут в смоделированной виртуальной реальности, созданной разумными компьютерами для того, чтобы люди сохраняли спокойствие и оптимизм, пока компьютеры забирают их биоэлектрическую энергию (что бы это ни значило). Возможно, эта идея не так уж далека от реальности, поскольку многие из нас предпочитают проводить время в виртуальном мире веб-сайтов, таких как Second Life («Вторая жизнь»). Как знать, не являемся ли мы сами всего лишь персонажами созданной компьютерами мыльной оперы? Если бы мы жили в искусственно созданном воображаемом мире, события могли бы происходить без всякой логической связи и не подчинялись бы никаким законам. Инопланетянам, управляющим нашим миром, могло бы показаться интересным или забавным понаблюдать за нашей реакцией, например, если Луна расколется пополам или все соблюдающие диету люди вдруг почувствуют неконтролируемую тягу к банановому торту. Но если бы эти инопланетяне установили продиктованные логикой законы, то было бы невозможно определить, существует ли за искусственной реальностью другая среда. Можно было бы с легкостью назвать мир, в котором живут инопланетяне, «реальным», а искусственный мир – «поддельным». Но если обитатели смоделированного мира, как и мы, не могут посмотреть на свою вселенную извне, у них не будет оснований усомниться в реальности своего окружения. Это современная версия идеи о том, что все мы – лишь плод чьего-то воображения.

Эти примеры позволяют нам сделать вывод, который будет иметь важное значение в этой книге: не существует понятия реальности, не зависящего от картины мира или теории. Мы будем придерживаться точки зрения, которая называется моделезависимым реализмом: физическая теория (или картина мира) представляет собой модель (обычно математической природы) и набор правил, связывающих элементы модели с наблюдениями. Это дает основу для интерпретации современной науки.

Философы со времен Платона годами спорили о природе реальности. В основе классической науки лежит убеждение, что существует реальный внешний мир, свойства которого носят определенный характер и не зависят от наблюдателя. Согласно классическим представлениям в мире существуют объекты, и эти объекты обладают физическими свойствами (такими как скорость и масса), имеющими четко определенные значения. С этой точки зрения наши теории – это попытки описать объекты и их свойства, а наши измерения и наше восприятие соответствуют им. И наблюдатель, и наблюдаемые объекты и явления являются частью мира, который объективно существует, и любое различие между ними не имеет решающего значения. Другими словами, если вы видите стадо зебр, сражающихся за место на автостоянке, это действительно стадо зебр, сражающихся за место на автостоянке. Все остальные наблюдатели зафиксируют те же свойства, и стадо будет обладать этими свойствами независимо от того, наблюдает кто-то за ним или нет. В философии такую убежденность называют реализмом.

Хотя реализм может показаться привлекательной точкой зрения, в дальнейшем мы увидим, что, обладая знаниями о современной физике, защищать эту точку зрения довольно сложно. Например, согласно принципам квантовой физики, являющейся точным описанием природы, частица не имеет ни определенного положения в пространстве, ни определенной скорости, до тех пор пока эти величины не измерены наблюдателем. Поэтому неправильно говорить, что измерение дает определенный результат только потому, что измеряемая величина имела это значение в момент измерения. На самом деле в некоторых случаях отдельные объекты даже не существуют сами по себе, а существуют только как часть ансамбля из множества объектов. И если теория, называемая голографическим принципом, окажется верной, мы и наш четырехмерный мир можем оказаться лишь тенями на границе более крупного пятимерного пространства-времени. В этом случае наше положение во Вселенной аналогично положению золотой рыбки.

Убежденные реалисты часто считают успешное применение научных теорий доказательством того, что они верно отражают реальность. Но одно и то же явление может с одинаковым успехом описываться разными теориями с помощью несопоставимых абстрактных схем. На самом деле многие научные теории, которые успешно использовались, были впоследствии заменены другими, не менее успешными теориями, созданными на основе совершенно новых представлений о реальности.

Тех, кто не признает реализм, обычно называют антиреалистами. Антиреалисты считают, что существует различие между эмпирическим и теоретическим знаниями. Они обычно настаивают, что значение имеют только наблюдения и эксперименты, а теории – это всего лишь удобные инструменты. Они не несут в себе никакой содержательной истины, которая лежала бы в основе наблюдаемых явлений. Некоторые антиреалисты даже хотели ограничить научный поиск только наблюдаемыми явлениями. Поэтому в XIX веке многие отвергали идею существования атомов на том основании, что мы никогда их не увидим. Джордж Беркли (1685–1753) дошел до того, что утверждал, что не существует ничего, кроме сознания и мыслей. Рассказывают, что когда один из друзей сказал английскому писателю и лексикографу доктору Самуэлю Джонсону (1709–1784), что утверждение Беркли невозможно опровергнуть, то в ответ Джонсон подошел к большому камню, пнул его и заявил: «Я опровергаю это так». Разумеется, боль, которую доктор Джонсон ощутил в ноге, также была лишь мыслью в его сознании, так что на самом деле идеи Беркли он так и не опроверг. Но его действие проиллюстрировало точку зрения философа Дэвида Юма (1711–1776), который писал, что, хотя у нас нет разумных оснований верить в существование объективной реальности, нам не остается иного выбора, кроме как действовать так, будто она существует.

«У вас много общего. Доктор Дэвис открыл частицу, которую никто никогда не видел, а профессор Хигбе открыл галактику, которую тоже никто никогда не видел».

Моделезависимый реализм прекращает все эти споры и дискуссии между философскими школами реалистов и антиреалистов. Согласно концепции моделезависимого реализма, бессмысленно спрашивать, реальна ли модель, – важно лишь то, соответствует ли она наблюдениям. Если есть две модели, каждая из которых согласуется с наблюдениями (как картина мира золотой рыбки и наша), то нельзя утверждать, что одна из них более реальна, чем другая. Можно использовать ту модель, которая более удобна в данной ситуации. Например, тому, кто оказался внутри аквариума сферической формы, удобно использовать картину мира золотой рыбки. А для тех, кто находится за пределами этого аквариума, будет очень неудобно описывать события, происходящие в далекой галактике, с точки зрения рыбки в аквариуме, расположенном на Земле, особенно потому, что этот аквариум будет смещаться по мере движения Земли вокруг Солнца и вращения Земли вокруг собственной оси.

Мы создаем модели не только в науке, но и в повседневной жизни. Моделезависимый реализм применим не только к научным построениям, но и к сознательным и подсознательным мысленным схемам, которые все мы создаем для интерпретации и понимания повседневности. Невозможно исключить наблюдателя – нас самих – из нашего восприятия мира, которое формируется с помощью наших чувств, мышления и разума. Наше восприятие мира (а следовательно, и наблюдения, на основе которых формулируются наши теории) не является непосредственным, а преломляется некой «линзой» – способностью нашего мозга к интерпретации.

Моделезависимый реализм похож на то, как устроено наше зрение. Мы видим благодаря тому, что мозг получает последовательность сигналов по зрительному нерву. Но эти сигналы не составляют изображения, подобного тому, которое вы видите на экране телевизора. Там, где зрительный нерв соединяется с сетчаткой, находится слепое пятно, и единственная часть вашего поля зрения с хорошим разрешением – это узкая область размером около одного градуса угла зрения вокруг центра сетчатки, шириной с большой палец, если смотреть с расстояния вытянутой руки. Поэтому исходные данные, отправляемые в мозг, напоминают «битое» изображение с дырой в нем. К счастью, человеческий мозг обрабатывает эти данные, объединяя информацию от обоих глаз, заполняя пропуски на основе предположения о том, что визуальные свойства соседних участков изображения схожи и могут быть интерполированы. Более того, он считывает двухмерный массив данных с сетчатки и создает из него трехмерный образ. Иными словами, мозг создает мысленную картину, или модель.

Мозг строит модели настолько хорошо, что если надеть на людей очки, переворачивающие изображение вверх ногами, через некоторое время мозг меняет модель, и они снова видят вещи неперевернутыми. Если эти очки снять, некоторое время люди видят мир перевернутым, а затем снова адаптируются. Это доказывает, что когда кто-то говорит: «Я вижу стул», это означает лишь, что он воспринял свет, рассеиваемый стулом, для создания мысленного образа (или модели) стула. Если модель перевернута вверх ногами, то есть надежда, что мозг исправит ее прежде, чем человек попытается сесть на этот стул.

Еще одна проблема, которую решает (или по крайней мере помогает обойти) моделезависимый реализм, связана с понятием существования. Откуда мне знать, существует ли все еще стол, если я вышел из комнаты и не вижу его? Что это значит, когда говорят, что существуют объекты, которые мы не в состоянии увидеть, такие как электроны или кварки (частицы, из которых, как считается, состоят протоны и нейтроны)? Можно использовать модель, в которой стол исчезает, когда я выхожу из комнаты, и снова появляется на том же месте, когда я возвращаюсь. Но такая модель была бы странной. А что, если за время моего отсутствия что-то произошло, например обвалился потолок? Как в рамках такой модели объяснить тот факт, что по моем возвращении стол возникает сломанным и заваленным обломками штукатурки? Модель, в которой стол никуда не исчезает, гораздо проще и согласуется с наблюдениями. Это все, что требуется от модели.

Что касается субатомных частиц, которые мы не можем увидеть, то электроны представляют собой удобную модель, которая объясняет наблюдения, например следы в камере Вильсона и световые пятна на телевизионной трубке, а также многие другие явления. Считается, что электрон был открыт в 1897 году британским физиком Дж. Дж. Томсоном в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Он проводил опыты с электрическим током в пустых стеклянных трубках – это явление называют катодными лучами. Эти эксперименты привели его к смелому выводу о том, что эти таинственные лучи состоят из мельчайших «корпускул», представляющих собой материальные компоненты атомов, которые тогда считались неделимыми фундаментальными единицами вещества. Томсон не «видел» электрон, его гипотеза не была четко и непосредственно подтверждена его экспериментами. Но его модель оказалась критически важной для решения практических задач в различных областях – от фундаментальной науки до инженерных разработок. И сегодня все физики верят в существование электронов, несмотря на то, что мы не можем их увидеть.

Кварки, которые также не подвластны нашему зрению, – это модель, объясняющая свойства протонов и нейтронов в ядре атома. Считается, что протоны и нейтроны состоят из кварков, однако мы никогда их не увидим, так как сила связи между кварками растет при их разделении, поэтому одиночные, свободные кварки не могут существовать в природе. Они всегда объединены в группы по три кварка (протоны и нейтроны) или в пары кварк-антикварк (пи-мезоны) и ведут себя так, будто связаны эластичными лентами.

Катодные лучи. Мы не можем увидеть отдельные электроны, но можем увидеть производимые ими эффекты.

Вопрос о том, имеет ли смысл говорить, что кварки действительно существуют, если мы никогда не сможем выделить один кварк, рождал много споров на протяжении нескольких лет после того, как впервые была предложена такая концепция. Идея о том, что определенные частицы состоят из различных комбинаций нескольких суб-субъядерных частиц, позволила сформулировать организационный принцип, на основе которого было дано простое и привлекательное объяснение их свойств. Хотя физики привыкли признавать частицы, существование которых лишь предполагалось по статистическим выбросам в данных, связанных с рассеянием других частиц, идея считать реальной частицу, которая в принципе не доступна для наблюдения, показалась многим физикам слишком смелой. Однако спустя годы, когда модель кварков стала давать все более точные предсказания, возражения стихли. Вполне возможно, что некие инопланетные существа с семнадцатью руками, инфракрасным зрением и ушами, из которых сочатся топленые сливки, провели такие же эксперименты, что и мы, но описали их без привлечения понятия кварков. Тем не менее, с точки зрения моделезависимого реализма, кварки существуют в модели, согласующейся с нашими наблюдениями за поведением субъядерных частиц.