Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей

Окружающие нас вещи «наполнены» движением составляющих их атомов и молекул, и это движение во многом определяет свойства этих вещей. Законы, которые управляют массовым поведением малых частей, критически важны в самом широком диапазоне явлений: эти законы контролируют превращение тепловой энергии в работу и одновременно имеют первостепенную важность для формирования и существования различных структур во Вселенной. Принципиальную роль при этом играет информационная невозможность знания об индивидуальном поведении микроскопических деталей. Потерянное знание о движении внутри вещей измеряется энтропией, возрастание которой отражает захват этим движением все большего числа возможностей. Эта концепция, исходно сформировавшаяся при изучении рассеянного движения атомов и молекул, дала первые подсказки о квантовой природе мира, а сейчас находит применение при рассмотрении квантовой природы черных дыр.

На фундаментальном уровне организации материи движение оказалось лишенным привычной наглядности: перемещение в пространстве происходит без определенной траектории, а «вращение» – без определенной оси вращения. Осуществляющееся по необычным законам движение на этом масштабе тем не менее лежит в основе структурирования мира: атомы образуются из более простых частей путем «захвата» этими частями движения друг друга, а требования к такому захвату оказываются столь жесткими, что все атомы одного элемента получаются совершенно одинаковыми; поэтому все разнообразие мира складывается из относительно небольшого числа деталей, повторяющихся во всех уголках космоса.

За пределами наглядности описание природы опирается на абстракции того или иного рода. Они помогают получать знание с помощью логического анализа, и в первую очередь его математических средств, которые во многом обязаны своим развитием предшествовавшим этапам изучения движения на более близких нам масштабах. Единство фундаментальной научной картины мира поддерживается при этом принципом соответствия: новые теоретические элементы должны демонстрировать согласие с установленными ранее в области применимости этих последних. Изучение движения открыло ряд максимально общих фактов о природе вещей, таких как законы сохранения, которые могут служить организующими принципами и за пределами изученных масштабов. А те особенности наблюдаемого движения, которые не объясняются влиянием ранее неизвестных частей мира, могут требовать расширения наших представлений о законах, по которым этот мир функционирует.

Мы начали наше путешествие с эллипсов, полученных Кеплером, который и помыслить не мог об открывшихся вслед за тем и продолжающих открываться глубинах, но тем не менее сделал верный первый шаг. Едва ли кто-либо в состоянии сказать, в какой степени современная фундаментальная научная картина мира когда-нибудь окажется поверхностным слоем существенно более фундаментального понимания, подобно тому как это произошло с законами Кеплера. Узнать это можно, только систематически работая над развитием уже добытого знания. Наше понимание устройства мира расширяется по мере того, как, изучая движение уже известного, мы открываем неизвестное. Движение доставляет нам картину мира и, собственно, является самой существенной частью этой картины.

*****

Мои ошибки. Никто из тех, кто повлиял на автора и процесс написания и кто в том числе отмечал сделанные мною ошибки, не несет ответственности за оставшиеся. Я заранее благодарен за указания на все несуразности, неточности и глупости различного толка, касающиеся того, что в книге сказано. В отношении того, что там не сказано, я отдаю себе отчет, сколько раз я останавливаюсь «на самом интересном месте»; если читателю захочется узнать, а что же дальше, я буду считать свою задачу выполненной.

Приложения

На прогулках снова и снова, пусть с разной степенью отчетливости, возникало несколько тем, отвлекаться на которые не хотелось, хотя они и заслуживают внимания. Я собрал три из них в этих приложениях. Часть этих понятий обсуждалась и ранее, но здесь я стараюсь обходиться без ссылок на основной текст книги, чтобы не попасть в порочный круг закольцованных объяснений.

Приложение А Физические законы

Сочувствие героям разнообразных произведений в жанре фэнтези дается мне намного легче, если внутри вымысла подразумеваются определенные правила и не происходит «что угодно», разрывающее рамки повествования. Игры – от карточных до футбола – тоже, кстати, интересны в первую очередь наличием в них правил, по существу являющихся ограничениями на возможное развитие событий.