Чем мир держится?

Какой бы ни была и чье бы имя ни носила будущая теория тяготения, она включит в себя и общую теорию относительности.

На первый взгляд кажется, что теории живут всего лишь день и что их руины громоздятся на руинах. Но есть в них и нечто длящееся. Если какая-нибудь из них раскрыла нам некоторое истинное отношение, то это отношение приобретено на все времена. В новом облачении мы его снова обнаружим в других теориях, которые одна за другой будут торжествовать на месте прежней.

Мы уже как будто знаем в нашей Вселенной явления, которые, с одной стороны, безусловно подлежат ведению теории тяготения и в то же время, с другой стороны, не могут быть описаны и объяснены с помощью аппарата общей теории относительности.

Советский академик В. Л. Гинзбург в одном из своих выступлений отметил несомненную, по его мнению, «неприменимость обычных (классических) уравнении общей теории относительности при сверхвысоких плотностях…»

Впрочем, нельзя фетишизировать и принцип соответствия — он относится только к «хорошо проверенным» теориям, а критерий именно хорошей проверки трудно выработать для всех возможных случаев. Вспомним хотя бы теплород средневековья, теорию приливов Галилея, теорию приливов Декарта, наконец, теории Аристотеля для падения тел и движения их. Все это заняло свое почетное место в истории науки — в истории, а не в самой науке.

Дж. Дж. Томсон, человек, открывший электрон, писал: «Великое открытие — это не конечная станция, а скорее дорога, ведущая в области, до сих пор неизвестные. Мы взбираемся на вершину пика, и нам открывается другая вершина, еще более высокая, чем мы когда-либо видели до сих пор, и так продолжается дальше. Вклад, сделанный в понимание физики одним поколением, не становится меньшим или менее глубоким или менее революционным по мере того, как одно поколение сменяет другое. Сумма нашего знания не похожа на то, что математики называют сходящимися рядами… где изучение нескольких членов позволяет понять общие свойства целого. Физика соответствует скорее другому типу рядов, рядам расходящимся, где добавляемые члены не становятся все меньше и меньше и где нельзя считать, что выводы, к которым мы пришли при изучении нескольких известных членов, совпадут с теми, которые мы сделаем, когда наши знания будут больше».

Произойдет ли, и когда, если произойдет, новая революция в физике, подобная той, которая началась с появления теории Максвелла, а завершилась сформированием квантовой механики и общей теории относительности? Этот вопрос часто поднимается в наше время.

Есть ученые, которые полагают, что время новой физической революции вот-вот наступит и даже что она, возможно, уже начинается. Другие откладывают физическую революцию на неопределенный срок или даже считают, что дальнейшее развитие науки не обещает тут резких скачков в познании, что предстоит медленная и постепенная эволюция, а ломки наших взглядов на глубинное строение материи не предвидится.

Часть астрономов и физиков настаивает на том, что мы уже сейчас наблюдаем в космосе явления, объяснить которые можно только действием таких законов природы, какие нам еще неизвестны. Их оппоненты признают, что в природе существуют законы, нам неизвестные, однако считают, что пока все, наблюдаемое в космосе, хорошо объясняется законами уже известными.

И та и другая позиция, безусловно, заслуживают уважения. Они серьезны.

Другое тело, что одинаково противопоказаны развитию научных идей крайние точки зрения: и легкомысленное отбрасывание уже накопленного огромного запаса знаний о мире, и провозглашение сегодняшнего состояния науки — окончательным, приписывание нынешней науке всеведения.

Никто так не ошибался в своих предсказаниях, как пророки ограниченности человеческого знания.

Сейчас большинство физиков, исследующих гравитацию, придерживается общей теории относительности, порядком постаревшей, но не устаревшей и бурно развивающейся. Конечно, есть у этой теории конкурентки, другие теории тяготения. Но сторонники геометродинамики Эйнштейна чувствуют себя очень уверенно. Авторы трехтомного труда «Гравитация», вышедшего на русском языке в 1977 году, уже известные нам Мизнер, Торн и Уилер полагают, что в теориях-конкурентках нуждается сама теория относительности, нуждается примерно так же, как красавица — в подругах-дурнушках, на фоне которых ее прелести только выигрывают. Или как рыцарь на турнире нуждается в соперниках, чтобы в победных схватках все более изощрять свое умение владеть оружием. Авторы книги слегка кокетничают: «Эксперимент проводился за экспериментом, и одна за другой отпадали гравитационные теории, становясь жертвами наблюдений, а эйнштейновская теория осталась непоколебимой…

Вопрос: зачем в таком случае заниматься изучением других теорий гравитации? Ответ: чтобы с чем-то сравнивать эйнштейновскую теорию при ее проверке и более конкретно оттенять ее преимущества».

Трое физиков пропели настоящий гимн в честь геометродинамики Эйнштейна, продержавшейся вопреки всем атакам более шестидесяти лет.

В разное время рядом с нею возникали десятки других теорий гравитации, жили бок о бок, развивались, честно служили науке, делали предсказания — и в большинстве случаев уходили в Лету, потому ли, что им не хватало жизненной силы для борьбы на равных, или потому, что новые факты разрушали прочные с виду построения.

«Жизнеспособность научной теории» — это точный термин, и как всякий термин, он имеет точное определение. Школьник, чтобы перейти во второй класс, как минимум должен уметь читать, писать и считать до двадцати. Теория гравитации (как и всякая другая физическая теория) должна, чтобы ее признали жизнеспособной, чтобы к ней относились именно как к теории научной, отвечать трем критериям, удовлетворять трем условиям.

Первое из них — самосогласованность. Теория не должна приводить к резко противоречащим друг другу выводам.

Второе условие выполнить еще труднее. «Перво-принципы» и фундаментальные законы теории должны давать возможность вычислить на их основе движение сложных систем и проанализировать результаты любого эксперимента, имеющего отношение к проблемам гравитации в самом широком понимании, плюс еще теория должна быть согласована с законами всех остальных областей физики.

Третье условие кажется простым и естественным даже на первый взгляд: теория должна «соглашаться» со всеми уже проведенными ранее экспериментами, должна объяснять все, что мы успели узнать у природы прямым опытом. Бывает, что уже при рождении теория оказывается неспособна полностью соответствовать фактам; чаще это выясняется позже. Теория гравитации блестящего английского физика Уайтхеда некоторое время процветала и заслужила было общее уважение физиков. Но ее же самой дальнейшая разработка вдруг выяснила, что если бы природа следовала Уайтхеду, то в земных океанах каждые двенадцать часов происходили приливы и отливы, вызванные притяжением Галактики. Поскольку этого на самом деле нет, теория Уайтхеда не удержалась.

Физическая теория подобна костюму, сшитому для природы. Хорошая теория подобна хорошо сшитому костюму, а плохая — Тришкину кафтану.

Соревнование теорий, если сравнивать его со спортивными состязаниями, надо уподоблять не футбольному турниру или матчу боксеров; нет, спор за первенство между научными идеями походит скорее на встречу штангистов. Побеждает учение, способное поднять больший груз, груз-то все время растет, каждый новый опыт, каждая новая порция вырванных у природы сведений о мире ложится добавочным чугунным кружком на нашу придуманную штангу. Зато теория, объясняющая все новые и новые опыты, от добавочного груза каждый раз становится и все сильнее. Иногда же последняя соломинка ломает спину верблюда, и теория сходит со сцены, как надорвавшийся штангист.