огда  в  результате медицинских и биохимических
исследований  поЯвлЯютсЯ  более  глубокие  объЯснениЯ  процессов  болезни (и
здоровых  процессов) в  теле, увеличиваетсЯ  и понимание.  Љогда в различных
частЯх тела,  в  основе  разных  болезней  обнаруживают  общие  молекулЯрные
механизмы,  на  смену узким  теориЯм приходЯт более обобщенные.  Љак  только
болезнь понимают настолько,  что  могут вписать ее в  общую  структуру, роль
специалиста  уменьшаетсЯ.  ‚место этого  врачи,  столкнувшись  с  незнакомой
болезнью или редким  осложнением, могут положитьсЯ на объЯснительные теории.
Ћни  могут посмотреть эти факты в справочнике. Ќо затем они смогут применить
обобщенную теорию, чтобы  разработать необходимое лечение и ожидать, что оно
будет эффективным, даже если никогда раньше оно не применЯлось.
     ’аким  образом, вопрос о том, сложнее или  проще становитсЯ понЯть все,
что  понЯто, зависит от  равновесиЯ двух  противоположных  результатов роста
знаниЯ: <i>расширениЯ</i> и  <i>углублениЯ</i> наших теорий. €з-за расширениЯ наших теорий
понЯть их сложнее,  из-за углублениЯ -- проще.  Ћдно из положений этой книги
состоит  в  том,  что  углубление медленно, но  уверенно побеждает.  „ругими
словами,  утверждение, в которое Я отказывалсЯ поверить, будучи  ребенком, в
самом  деле ложно, а истинно практически противоположное. Њы не удалЯемсЯ от
состоЯниЯ,  когда  один  человек   способен   понЯть  все,  что  понЯто,  мы
приближаемсЯ к нему.
     џ не утверждаю, что скоро мы поймем <i>все.</i> ќто совсем другой вопрос. џ не
верю, что сейчас мы  близки или когда-то приблизимсЯ  к пониманию <i>всего, что
существует.</i>  џ говорю о возможности пониманиЯ  <i>всего, что понЯто.</i> ќто скорее
зависит  не от содержаниЯ  нашего знаниЯ, а от его структуры.  Ќо  структура
нашего  знаниЯ  --  независимо  от  возможности  его  выражениЯ  в  теориЯх,
составлЯющих  понЯтное  целое  --  безусловно  зависит  от  самой  структуры
реальности.  …сли  свободный  рост  знаниЯ должен  продолжатьсЯ  и если  мы,
несмотрЯ ни на что приближаемсЯ к  тому состоЯнию, когда один человек сможет
понЯть  все, что понЯто, значит, глубина  наших  теорий должна увеличиватьсЯ
достаточно  быстро, чтобы обеспечить эту  возможность. ќто  может произойти,
если  только  сама структура реальности настолько  едина, что по  мере роста
нашего  знаниЯ  мы  сможем  понимать  ее  все  больше  и  больше.  …сли  это
произойдет,  то  в  конечном  итоге наши  теории  станут  настолько  общими,
глубокими и  составлЯющими друг с  другом  единое  целое,  что превратЯтсЯ в
единственную теорию единой структуры реальности.  ќта теориЯ не объЯснит все
аспекты реальности: это недостижимо. Ќо она охватит все известные объЯснениЯ
и   будет  применима  ко  всей  структуре  реальности  настолько,  насколько
последнЯЯ будет понЯта. ‚  то времЯ  как все предыдущие теории относились  к
конкретным предметам, это будет теориЯ всех предметов: <i>’еориЯ ‚сего.</i>
     ќта  теориЯ,  безусловно, не будет последней  в  своем  роде, она будет
первой. ‚ науке считаетсЯ доказанным, что даже наши лучшие  теории  обречены
быть в некотором роде несовершенными и проблематичными, и мы ожидаем,  что в
свое времЯ их  вытеснЯт более глубокие и  точные теории. € этот прогресс  не
остановитсЯ, когда мы откроем универсальную теорию. Ќапример, Ќьютон дал нам
первую  универсальную теорию тЯготениЯ и  объединил, помимо  всего  прочего,
небесную   и  земную  механику.  Ќо   его  теории  вытеснила  общаЯ   теориЯ
относительности ќйнштейна, котораЯ включает еще и  геометрию (которую раньше
считали отраслью  математики) в физике, и поэтому нарЯду с большей точностью
дает более  глубокие объЯснениЯ.  ЏерваЯ универсальнаЯ теориЯ  --  которую Я
буду  называть ’еорией ‚сего -- подобно  всем нашим теориЯм, которые были до
нее  и  будут  после  нее,  не будет  ни абсолютно истинной,  ни  бесконечно
глубокой,  а  потому, в конечном  итоге,  ее  заменит другаЯ  теориЯ. Ќо эта
замена произойдет не через объединение с теориЯми других  предметов, ибо она
сама  будет  теорией  всех предметов.  ‚  прошлом  значительный  прогресс  в
понимании  иногда имел место при значительных объединениЯх.  €ногда прогресс
был  вызван структурными изменениЯми в понимании конкретного предмета,  как,
например, когда  мы перестали считать ‡емлю центром ‚селенной. Џосле  первой
’еории ‚сего  уже не будет значительных объединений. ‚се последующие великие
открытиЯ  будут  переменами в понимании мира в целом:  изменениЯми  в  нашем
мировоззрении. ‘оздание ’еории ‚сего будет последним  большим объединением и
в  то же времЯ первым шагом к возникновению нового мировоззрениЯ.  џ считаю,
что  именно  такое  объединение  и  изменение  происходЯт  сейчас.  Џодобное
мировоззрение и ЯвлЯетсЯ темой этой книги.
     ‘читаю своей обЯзанностью  сразу подчеркнуть, что Я говорю  не просто о
"теории  всего", которую  в  ближайшее времЯ  надеютсЯ открыть специалисты в
области физики  элементарных частиц. <i>€х</i> "теориЯ всего" стала бы объединенной
теорией  всех  основных сил,  известных  физике,  а  именно: гравитационных,
электромагнитных  и Ядерных  сил. Ћна также описала бы все типы существующих
дробноатомных  частиц,  их  массы,  спины,  электрические  зарЯды  и  другие
свойства, а также принцип их взаимодействиЯ. Џри наличии достаточно  точного
описаниЯ начального состоЯниЯ  любой изолированной физической системы, такаЯ
теориЯ сможет предсказать  будущее поведение  системы в  принципе. ‚ случае,
когда  точное  поведение системы предсказать  невозможно, теориЯ  опишет все
возможные   варианты   поведениЯ   системы   и  предскажет  вероЯтность   их
возникновениЯ.   Ќа  практике  нередки  случаи,  когда  начальные  состоЯниЯ
интересующих нас  систем невозможно определить  точно, да  и  предсказать их
слишком  сложно  во  всех случаЯх,  кроме простейших.  ’ем  не  менее, такаЯ
объединеннаЯ теориЯ частиц и сил вместе  с определением начального состоЯниЯ
‚селенной к моменту  Ѓольшого ‚зрыва  (сильный взрыв, от которого  произошла
‚селеннаЯ),  в  принципе,  содержала  бы  всю  информацию,  необходимую  длЯ
предсказаниЯ всего, что можно предсказать (рисунок 1.1).


     ђис. 1.1. Ќеадекватное понимание "теории всего"
     Ќо  предсказание --  еще не объЯснение. "’еориЯ всего",  на которую так
надеютсЯ,  даже совместно с теорией  начального состоЯниЯ,  в  лучшем случае
представит  лишь крошечную грань истинной  ’еории ‚сего.  ќта  теориЯ сможет
<i>предсказать</i> все (в принципе). Ќо  нельзЯ  ожидать, что она  <i>объЯснит</i> гораздо
больше,  чем   существующие  теории,  за   исключением  нескольких  Явлений,
вызванных особенностЯми внутриатомных взаимодействий,  как-то:  столкновениЯ
внутри ускорителей частиц  и необычнаЯ историЯ трансмутаций частиц во  времЯ
Ѓольшого ‚зрыва. —то побуждает ученых использовать термин "теориЯ всего" длЯ
названиЯ столь  малого, хотЯ и захватывающего отрезка знаниЯ? џ полагаю, еще
один ошибочный  взглЯд на природу науки, который не одобрЯют  многие научные
критики,  но  (увы!)  одобрЯют многие  ученые:  наука  по существу  ЯвлЯетсЯ
<i>редукционной</i>. ќто все равно, что сказать, что наука сомнительно упрощает все
объЯснениЯ,  раскладываЯ  их  на составлЯющие. Ќапример, сопротивление стены
проникновению  или  сбиванию  объЯснЯетсЯ  тем,  что  стена --  это огромное
скопление взаимодействующих  молекул.  ‘войства  этих  молекул  объЯснЯют на
основе  составлЯющих  их атомов, взаимодействиЯ этих атомов друг с другом  и
так далее до мельчайших  частиц и самых основных сил. ђедукционисты считают,
что все научные объЯснениЯ и, возможно, любые достаточно глубокие объЯснениЯ
принимают именно такую форму.
     ЉонцепциЯ  редукционистов  естественно  приводит  к  созданию  иерархии
предметов и  теорий в соответствии  с  тем, насколько  они близки к  "самому
низкому уровню" известных предсказательных теорий. ‚ этой иерархии  логика и
математика  образуют  непоколебимые принципы, на  которых  строитсЯ  система
научных   взглЯдов.   ”ундаментом   станет   упрощеннаЯ   "теориЯ    всего",
универсальнаЯ теориЯ частиц, сил,  пространства и времени вместе с некоторой
теорией  начального  состоЯниЯ ‚селенной.  ЋстальнаЯ физика образует  первые
несколько этажей. Ђстрофизика и химиЯ займут более высокий уровень, геологиЯ
--  еще  более  высокий  и т.  д. ‡дание разделЯетсЯ на  множество башен  --
предметов  еще  более высокого  уровнЯ:  биохимию, биологию  и  генетику.  ‚
нетвердых   слоЯх  стратосферы  примостились  такие  предметы,   как  теориЯ
эволюции,  экономика, психологиЯ и  вычислительнаЯ техника,  которые на этой
картине почти немыслимо вторичны.
     ‚  настоЯщее времЯ у нас есть только приближениЯ  к  упрощенной "теории
всего".  Ћни  уже  достаточно  точно  могут  предсказывать  законы  движениЯ
отдельных дробноатомных частиц. €спользуЯ эти законы, современные компьютеры
могут   рассчитать   движение  любой   изолированной  группы  из  нескольких
взаимодействующих  частиц  некоторого элемента,  если известно  их начальное
состоЯние.  Ќо  даже  мельчайшаЯ  частичка  материи,  видимаЯ  невооруженным
глазом, содержит триллионы атомов, каждый из  которых состоит  из  множества
дробноатомных частиц и непрерывно взаимодействует с  внешним  миром, так что
предсказать  поведение этой частички  не  представлЯетсЯ возможным. „ополнЯЯ
точные  законы  движениЯ  различными  приближениЯми,  мы  можем  предсказать
некоторые  аспекты общего  поведениЯ достаточно крупных  объектов, например,
температуру  плавлениЯ или кипениЯ данного химического  соединениЯ.  ЃольшаЯ
часть основной  химии  была таким образом сведена к  физике.  „лЯ наук более
высокого уровнЯ программа редукционистов --  всего лишь дело принципа. Ќикто
на  самом  деле  не собираетсЯ  выводить принципы  биологии,  психологии или
политики из принципов физики. Џричина,  по  которой предметы более  высокого
уровнЯ вообще поддаютсЯ изучению, состоит в том, что в определенных условиЯх
непостижимо  сложное поведение  огромного количества частиц становитсЯ мерой
простоты и удобопонЯтности. ќто называетсЯ <i>исходом:</i> простота высокого уровнЯ
"исходит"  из сложности низкого уровнЯ. џвлениЯ высокого  уровнЯ с понЯтными
фактами, которые нельзЯ просто  вывести из теорий низкого уровнЯ, называютсЯ
<i>исходЯщими ЯвлениЯми.</i> Ќапример, стена могла быть крепкой, потому что те, кто
ее строил, боЯлись, что их враги могут попытатьсЯ преодолеть  эту стену. ќто
объЯснение прочности  стены высокого уровнЯ невыводимо из объЯснениЯ низкого
уровнЯ,  которое Я привел выше  (хотЯ  и  сопоставимо с  ним).  "‘троители",
"враги",  "страх", "пытатьсЯ"  -- это исходЯщие ЯвлениЯ.  –ель наук высокого
уровнЯ -- дать нам возможность понЯть  исходЯщие ЯвлениЯ,  самыми важными из
которых, как мы увидим, ЯвлЯютсЯ <i>жизнь, мысль</i> и <i>вычисление.</i>
     Љстати,  противоположность редукционизма  -- <i>холизм,</i>  идеЯ  о  том, что
единственно  правильные  объЯснениЯ  составлены на  основе  систем  высокого
уровнЯ,  -- еще  более  ошибочна,  чем  редукционизм.  —его  ожидают  от нас
холисты? ’ого, что  мы  прекратим  наши  поиски молекулЯрного  происхождениЯ
болезней?  —то мы  откажемсЯ  от  того, что люди  состоЯт  из  дробноатомных
частиц? ’ам, где существуют упрощенные объЯснениЯ, они столь же желанны, как
любые  другие. ’ам, где целые  науки упрощаютсЯ  до наук низкого уровнЯ, мы,
ученые, обЯзаны найти  эти упрощениЯ,  так же  как обЯзаны  открывать  любое
знание.
     ђедукционист  считает, что наука заключаетсЯ в том, чтобы разложить все
на составлЯющие.  €нструменталист считает, что  цель науки  -- предсказывать
событиЯ. „лЯ  каждого  из  них существование наук высокого уровнЯ  -- вопрос
удобства.  ‘ложность  мешает  нам   использовать  элементарную  физику   длЯ
получениЯ  предсказаний  высокого уровнЯ,  поэтому мы гадаем, каковы были бы
эти  предсказаниЯ,  если  бы  мы  могли  их  получить,  --  исход  дает  нам
возможность преуспеть в  этом -- именно  в этом предположительно заключаетсЯ
смысл   наук  высокого   уровнЯ.  ’аким  образом,   длЯ   редукционистов   и
инструменталистов, которые  проигнорировали  как истинную  структуру,  так и
истинную  цель  научного  знаниЯ,  основой  предсказывающей иерархии  физики
ЯвлЯетсЯ, по  определению,  "теориЯ  всего". Ќо  длЯ всех остальных  научное
знание  состоит  из объЯснений, а структура научного  объЯснениЯ не отражает
иерархию  редукционистов.  ЋбъЯснениЯ существуют на каждом уровне  иерархии.
Њногие из них  независимы и относЯтсЯ только к понЯтиЯм  конкретного  уровнЯ
(например, "медведь съел мед,  потому  что был голоден").  Њногие объЯснениЯ
содержат   логические   выводы,   противоположные   направлению   упрощенных
объЯснений. ’о есть  они объЯснЯют вещи, не разделЯЯ их на  более маленькие,
простейшие, а  рассматривают их  как  составлЯющие более крупных  и  сложных
вещей, о которых у нас, тем не менее,  есть объЯснительные теории. Ќапример,
рассмотрим  конкретный  атом  меди на  кончике  носа  статуи  сэра  “инстона
—ерчиллЯ, котораЯ находитсЯ  на Џарламентской Џлощади в ‹ондоне. џ попытаюсь
объЯснить,  почему этот атом  меди  находитсЯ там. ќто произошло потому, что
—ерчилль   был  премьер-министром  в   палате  общин,   котораЯ  расположена
неподалеку; и  потому,  что  его идеи  и  руководство  способствовали победе
Ћбъединенных  сил  во ‚торой Њировой войне; и потому, что принЯто чествовать
таких людей, ставЯ им памЯтники; и потому, что бронза, традиционный материал
длЯ таких  памЯтников,  содержит медь  и  т.д. ’аким  образом,  мы  объЯсним
физическое   наблюдение   низкого  уровнЯ  --  присутствие  атома   меди   в
определенном месте  --  через теории  чрезвычайно  высокого  уровнЯ о  таких
исходЯщих ЯвлениЯх, как идеи, руководство, война и традициЯ.
     Ќет  такой  причины,  почему  должно  существовать,  даже  в  принципе,
какое-либо более низкоуровневое <i>объЯснение</i> присутствиЯ этого атома меди, чем
то, которое Я только что привел. Џредположим, что упрощеннаЯ "теориЯ  всего"
в  принципе сделала бы  низкоуровневое  <i>предсказание</i> вероЯтности,  что такаЯ
статуЯ  будет  существовать,  если  известно  состоЯние  (скажем)  солнечной
системы  в  какое-то более раннее  времЯ. ’очно  также эта теориЯ в принципе
описала  бы, как  эта  статуЯ  могла  туда  попасть.  Ќо  такие  описаниЯ  и
предсказаниЯ (конечно же, абсолютно  нереальные) ничего бы не объЯснЯли. Ћни
просто  описывали  бы  траекторию  движениЯ каждого  атома  меди  от медного
рудника  через плавильную печь, мастерскую скульптора и т.д. Ћни также могли
бы  сформулировать,  какое  влиЯние  на  эти  траектории оказывают  силы  от
окружающих  атомов,  например,  тех,  из  которых  состоЯт  тела  шахтеров и
скульптора, и,  таким  образом,  предсказать существование и форму статуи. ‚
действительности,  такое предсказание следовало бы  отнести к атомам по всей
планете, вовлеченным, кроме всего прочего,  в сложное движение,  которое  мы
называем   ‚торой   Њировой   войной.  Ќо   даже   если   бы   вы   обладали
сверхчеловеческой  способностью следовать  таким  многословным предсказаниЯм
нахождениЯ атома меди в том месте, вы все равно не смогли бы сказать: "„а, Я
понимаю, почему он  там находитсЯ". ‚ы просто знали  бы,  что его  попадание
туда  таким  образом неизбежно  (или вероЯтно,  или  что  угодно еще),  если
известны начальные конфигурации атомов и законы физики. …сли бы  вы захотели
понЯть,  почему он там  находитсЯ, у  вас  по-прежнему  не  было бы  другого
выбора, кроме как сделать  следующий шаг. ‚ам пришлось бы  выЯснить все, что
касаетсЯ этой конфигурации атомов  и их траекторий, из-за которых атом  меди
оказалсЯ  именно  в  этом  месте.  ’акое  исследование стало  бы  творческой
задачей, какой всегда ЯвлЯетсЯ открытие  новых объЯснений.  ‚ам  пришлось бы
обнаружить,   что  определенные   конфигурации  атомов  подтверждают   такие
исходЯщие  ЯвлениЯ,  как  руководство  и  война,  свЯзанные  друг  с  другом
объЯснительными теориЯми высокого уровнЯ. € только узнав все эти  теории, вы
смогли бы полностью понЯть, почему этот атом меди находитсЯ именно там.
     ђедукционисты   уверены,   что  законы,   управлЯющие   взаимодействием
дробноатомных частиц, имеют первостепенную  важность, поскольку они ЯвлЯютсЯ
основой иерархии всего знаниЯ. Ќо  в  реальной структуре научного знаниЯ и в
структуре  нашего знаниЯ в целом такие законы играют  гораздо более скромную
роль.
     Љакова же эта роль? Њне  кажетсЯ, что ни одна из  рассмотренных теорий,
претендующих на звание  "теории всего",  не содержит много нового в  способе
объЯснениЯ.  ‚озможно, самый передовой подход с  объЯснительной точки зрениЯ
--  это  <i>теориЯ  суперструн,  в</i> которой элементарными  строительными блоками
материи ЯвлЯютсЯ удлиненные объекты, "струны",  а не точечные частицы. Ќо ни
один существующий подход не предлагает нового способа объЯснениЯ -- нового в
смысле  объЯснениЯ  ќйнштейном   сил  притЯжениЯ   на  основе  искривленного
пространства  и  времени. ‚ действительности, ожидаетсЯ, что  "теориЯ всего"
унаследует  практически  всю  объЯснительную  структуру  существующих теорий
электромагнетизма, Ядерных сил  и  гравитации: их физические  концепции,  их
Язык, их  математический  формализм и форму  их объЯснений. ‡начит, мы можем
рассчитывать, что эта структура основной физики, котораЯ нам уже известна из
существующих теорий, внесет вклад в наше общее понимание.
     ‚  физике  существует  две  теории,  значительно  более  глубокие,  чем
остальные. ЏерваЯ -- это общаЯ теориЯ относительности, по-моему, наша лучшаЯ
теориЯ пространства,  времени и гравитации. ‚тораЯ --  еще более глубокаЯ --
<i>квантоваЯ теориЯ.</i> ќти две теории (а  никакаЯ  другаЯ  существующаЯ  или ныне
рассматриваемаЯ  теориЯ  дробноатомных   частиц)   предоставлЯют   подробную
объЯснительную  и  формальную  систему  взглЯдов,  в которой  выражаютсЯ все
остальные  теории  современной   физики,  и  содержат  основные   физические
принципы, которым подчинЯютсЯ все остальные теории. Ћбъединение общей теории
относительности и квантовой теории --  с  целью получениЯ  <i>квантовой  теории
относительности --</i> стало в последние десЯтилетиЯ  основным предметом поисков
физиков-теоретиков и должно было бы  стать частью любой теории всего, как  в
узком, так  и в широком  смысле  этого термина.  Љак мы  увидим  в следующей
главе, квантоваЯ теориЯ,  как и  относительность, предоставлЯет революционно
новый способ объЯснениЯ физической реальности. Џричина, по которой квантоваЯ
теориЯ  глубже теории относительности, лежит  большей частью не  в физике, а
вне ее, поскольку ее отрасли простираютсЯ далеко за пределы физики и даже за
пределы самой науки в  привычном  ее  понимании.  ЉвантоваЯ  теориЯ ЯвлЯетсЯ
одной  из  <i>четырех  основных  нитей,</i>  образующих  наше  настоЯщее  понимание
структуры реальности.
     Џрежде чем назвать  три других нити, Я должен упомЯнуть еще один способ
искаженного   представлениЯ   структуры   научного  знаниЯ   редукционизмом.
ђедукционизм  принимает  не  только  то,  что  объЯснение всегда  состоит из
разделениЯ  системы  на более  маленькие и простые системы, но и то, что все
поздние событиЯ объЯснЯютсЯ на основе ранних;  другими словами, единственный
способ   что-то   объЯснить  --   сформулировать   причины  этого.   Ђ   это
подразумевает,  что,  чем  раньше произошли  событиЯ,  на  основе которых мы
что-то объЯснЯем, тем лучше объЯснение, так что, в конечном счете, все лучше
объЯснЯть на основе первоначального состоЯниЯ ‚селенной.
     "’еориЯ   всего",  исключающаЯ  определение  первоначального  состоЯниЯ
‚селенной, не  ЯвлЯетсЯ полным описанием  физической  реальности, потому что
она содержит только законы движениЯ;  а законы движениЯ сами по себе  делают
лишь условные предсказаниЯ. ’о есть они формулируют не то, что происходит, а
только  то,  что  произойдет  в  какое-то  времЯ,  если  известно,  что  это
происходило  раньше.  ’олько  если  известно полное  определение  начального
состоЯниЯ, в  принципе можно  вывести полное описание физической реальности.
‘уществующие  космологические  теории  не обеспечивают  полного  определениЯ
начального  состоЯниЯ  даже  в принципе,  но они  утверждают, что изначально
‚селеннаЯ была  очень маленькой, очень горЯчей и имела однородную структуру.
Ќо  мы  также  знаем,  что  ‚селеннаЯ  не могла  иметь  абсолютно однородную
структуру,  потому что в соответствии с теорией  это  будет  несовместимо  с
россыпью галактик, которые  мы наблюдаем сегоднЯ в  небе. Ќа  первоначальные
изменениЯ плотности, "неоднородность  распределениЯ  материи",  значительное
влиЯние оказало гравитационное сжатие (то есть относительно плотные  участки
притЯнули бы больше  материи и стали бы более плотными), так что сначала эти
изменениЯ, должно быть, были совсем небольшими. Ќо какими бы  маленькими они
ни  были,   они  имеют  огромное  значение  длЯ  любых  описаний  реальности
редукционистами,  потому что  почти все, что мы наблюдаем вокруг от  россыпи
звезд и галактик в небе  до поЯвлениЯ бронзовых статуй на  планете ‡емлЯ,  с
точки зрениЯ основной  физики ЯвлЯетсЯ следствием  этих изменений. …сли наше
редукционное описание стремитсЯ охватить  нечто большее, чем  самые  крупные
свойства наблюдаемой ‚селенной, нам  нужна теориЯ, определЯющаЯ те важнейшие
первоначальные отклонениЯ от однородности.
     џ попытаюсь заново сформулировать последнее требование,  не принимаЯ во
внимание  предубеждениЯ  редукционистов.  ‡аконы  движениЯ любой  физической
системы дают  только условные  предсказаниЯ и, следовательно, совместимы  со
многими  возможными  вариантами развитиЯ  этой  системы. (ќто не  зависит от
ограничений предсказаниЯ, которые накладывает квантоваЯ теориЯ и о которых Я
расскажу в следующей главе). Ќапример,  законы движениЯ, которым подчинЯетсЯ
Ядро,  выпущенное  из  пушки, совместимы с  многими возможными траекториЯми,
каждаЯ из которых соответствует одному  из возможных направлений  и подъемов
ствола пушки при выстреле (рис. 1.2).


     ђис.  1.2.  Ќекоторые  возможные  траектории движениЯ  пушечного  Ядра.
ЉаждаЯ  траекториЯ  совместима  с  законами  движениЯ,  но  только  одна  из
траекторий относитсЯ к конкретному случаю
     Њатематически  законы  движениЯ  можно  выразить   системой  уравнений,
которые  называют <i>уравнениЯми  движениЯ.</i> ‘уществует много различных  решений
этих уравнений, каждое из  которых описывает какую-то  возможную траекторию.
—тобы   определить,  какое   решение  описывает  действительную  траекторию,
необходимо  обеспечить <i>дополнительные данные</i> -  некоторую  информацию о том,
что   происходит  в  действительности.  Ћдин  из  способов  осуществить  это
заключаетсЯ в определении начального состоЯниЯ,  в данном случае направлениЯ
ствола пушки.  Ћднако  существуют и другие способы. Ќапример, мы точно также
могли бы определить конечное  состоЯние  -- положение и направление движениЯ
пушечного  Ядра в  момент  его  приземлениЯ.  €ли  мы  могли  бы  определить
положение   самой   высокой   точки  траектории.   Њы   можем  давать  любые
дополнительные данные,  если  они  помогают выбрать одно  конкретное решение
системы уравнений движениЯ. Ћбъединение любых  дополнительных данных  такого
рода  с  законами  движениЯ  равноценно  теории, котораЯ  описывает все, что
происходит с пушечным Ядром с момента выстрела до удара.
     ’очно также законы  движениЯ длЯ  физической  реальности в целом  будут
иметь много решений, каждое из которых соответствует конкретному случаю. „лЯ
завершениЯ  описаниЯ  нам  придетсЯ  определить,  какой  случай произошел  в
действительности,   предоставлЯЯ   достаточно   дополнительных   данных  длЯ
получениЯ  одного  из  многих  решений   уравнений   движениЯ.   ‚   простых
космологических моделЯх,  по крайней мере одним из  способов получениЯ таких
данных ЯвлЯетсЯ определение начального состоЯниЯ ‚селенной. Ќо,  кроме того,
мы  могли бы  определить  конечное состоЯние  или состоЯние в  любой  другой
момент  времени:  или  мы  могли  бы  предоставить  некоторую  информацию  о
начальном  состоЯнии,  какую-то  информацию  о   конечном   состоЯнии   и  о
промежуточных  состоЯниЯх.   ‚   общем,  объединив   достаточное  количество
дополнительных данных  разного  рода с  законами  движениЯ, мы,  в принципе,
получили бы описание физической реальности.
     Љак только мы определим, скажем, конечное состоЯние пушечного Ядра,  мы
сможем  непосредственно  вычислить  его  начальное  состоЯние,  и  наоборот,
поэтому  между  различными методами  определениЯ  дополнительных  данных  не
существует практической  разницы.  Ћднако большую часть таких вычислений длЯ
‚селенной  трудно обработать. џ  сказал, что мы делаем вывод о существовании
"неоднородности распределениЯ материи" в начальных состоЯниЯх из сегоднЯшних
наблюдений этой  "неоднородности". Ќо это исключение:  большаЯ  часть нашего
знаниЯ о  дополнительных  данных  --  о том,  что конкретно  происходит,  --
существует  в  форме  теорий  высокого  уровнЯ  об  исходЯщих  ЯвлениЯх   и,
следовательно,  по  определению практически  не  поддаетсЯ выражению в  виде
формулировок   начального  состоЯниЯ.  Ќапример,  в  большей  части  решений
уравнений  движениЯ  ‚селеннаЯ  в  своем  начальном  состоЯнии  не  обладает
свойствами,  необходимыми  длЯ поЯвлениЯ жизни.  ‘ледовательно,  наше знание
того, что  жизнь  <i>поЯвилась, --</i> значительнаЯ  часть  дополнительных  данных.
‚озможно,  мы  никогда  не узнаем,  что это ограничение значит длЯ подробной
структуры  Ѓольшого  ‚зрыва,  но мы можем сделать выводы  непосредственно из
него. Ќапример, перваЯ точнаЯ оценка возраста ‡емли  была  сделана на основе
биологической  теории  эволюции,  котораЯ  противоречила  самым   выдающимсЯ
достижениЯм физики того времени. ’олько  предубеждение  редукционистов могло
заставить нас считать, что эти доказательства были по какой-то причине менее
вескими   или,  в   общем,  теории   о  начальном   состоЯнии   были   более
"фундаментальны", чем теории об исходЯщих особенностЯх реальности.
     „аже в области  основной  физики  идеЯ о  том,  что  теории  начального
состоЯниЯ содержат  наши  самые  глубокие знаниЯ, весьма  ошибочна. Ћдна  из
причин  этого  состоит  в  том,  что  она  логически  исключает  возможность
объЯснениЯ самого  начального состоЯниЯ:  почему  было  начальное состоЯние,
каким  оно было, --  однако в действительности у нас есть  объЯснениЯ многих
аспектов начального состоЯниЯ.  ‚  общем, ни одна теориЯ <i>времени</i> не способна
давать объЯснениЯ на основе чего-то "более раннего"; тем не менее, благодарЯ
общей теории относительности, а также  квантовой  теории (см. главу 2) у нас
есть глубокие объЯснениЯ природы времени.
     ’аким   образом,  характер   многих  наших  описаний,  предсказаний   и
объЯснений реальности не имеет ничего общего с теорией "начального состоЯниЯ
в совокупности с законами  движениЯ",  к которой  приводит редукционизм.  Ќе
существует причины  рассматривать теории высокого уровнЯ как "второсортные".
Ќаши теории дробноатомной физики  и даже квантоваЯ теориЯ относительности не
имеют никаких преимуществ перед теориЯми об исходЯщих свойствах. Ќи одну  из
этих  областей знаниЯ  нельзЯ  отнести  к  другим.  ЉаждаЯ  теориЯ  содержит
логические  выводы остальных, однако не все эти выводы можно сформулировать,
поскольку  они ЯвлЯютсЯ  исходЯщими  свойствами  области  других  теорий.  ‚
действительности, неправильно  употреблЯть сами термины "высокий  уровень" и
"низкий уровень". ‡аконы биологии, например, -- исходЯщие следствиЯ высокого
уровнЯ  законов  физики.  Ќо  логически  некоторые  законы  физики  ЯвлЯютсЯ
"исходЯщими" следствиЯми законов  биологии.  Њогло  быть и  так, что законы,
которым  подчинЯютсЯ  биологические и  другие исходЯщие  ЯвлениЯ,  полностью
определЯли бы законы  основной  физики.  ‚  любом случае, когда  две  теории
логически  свЯзаны между собой,  логика не  заставлЯет рассматривать одну из
них  как  определЯющую  вторую  в  целом  или   частично.   ќто  зависит  от
объЯснительных  отношений  между  теориЯми.  Џреимущества  имеют не  теории,
которые  определЯют  конкретную шкалу  размеров или сложности,  и не теории,
которые  расположены на определенном уровне предсказательной иерархии, а те,
которые содержат самые  глубокие объЯснениЯ. ‘труктура реальности состоит не
только   из  составлЯющих  редукционизма,  как-то:   пространство,  времЯ  и
дробноатомные  частицы,  -- но и  из  жизни, мыслей,  вычислений  и  многого
другого,  к  чему  относЯтсЯ эти  объЯснениЯ.  ’еориЯ  становитсЯ в  большей
степени   основной,   нежели  производной,   не  из-за   своей  близости   к
предсказывающей основе физики, а из-за своей близости к нашим самым глубоким
объЯснительным теориЯм.
     ЉвантоваЯ  теориЯ, как Я уже говорил, ЯвлЯетсЯ  одной из  таких теорий.
’ри  другие  основные нити  объЯснениЯ, через  которые  мы  стремимсЯ понЯть
структуру реальности, относЯтсЯ к "высокому уровню" с точки зрениЯ квантовой
теории.  ќто  <i>теориЯ  эволюции</i>  (первоначально  эволюции живых  организмов),
<i>эпистемологиЯ</i>  (теориЯ  познаниЯ)  и  <i>теориЯ  вычислениЯ</i>  (о  вычислительных
машинах и  о том, что они могут вычислить, а что не  могут). Љак вы увидите,
между  основными  принципами  этих четырех, на  первый  взглЯд,  независимых
предметов   были  обнаружены  такие  глубокие  и  разнообразные  свЯзи,  что
наилучшим  образом понЯть один  из  них, не  понимаЯ три  оставшиесЯ,  стало
невозможно. ‚се  четыре формируют  свЯзную объЯснительную структуру, котораЯ
имеет настолько обширные перспективы, и охватывает значительную часть нашего
пониманиЯ мира,  что, на мой взглЯд, ее уже можно справедливо назвать первой
настоЯщей ’еорией ‚сего. ’аким образом, мы подошли к знаменательному моменту
в  истории  идей  --  моменту,  когда масштаб  нашего  пониманиЯ  становитсЯ
действительно  универсальным.  „о  настоЯщего  времени  все  наше  понимание
касалось некоторого аспекта реальности, нехарактерного длЯ целого. ‚ будущем
оно охватит объединенное понЯтие реальности: все объЯснениЯ будут пониматьсЯ
на фоне универсальности, а каждаЯ  новаЯ идеЯ будет автоматически стремитьсЯ
освещать  не только конкретный предмет, но в различной степени все предметы.
Џонимание,  которое  мы  в конечном итоге  получим  из последнего  огромного
объединениЯ, может значительно  превзойти понимание, которое мы получали  от
предыдущих объЯснений. Њы увидим,  что здесь  объединЯетсЯ  и объЯснЯетсЯ не
только физика и не только наука, но и отдаленные области философии, логики и
математики, этики,  политики  и эстетики:  возможно, все,  что мы понимаем в
настоЯщее времЯ, а может быть, и многое из того, что мы еще не понимаем.
     Љакой же тогда вывод Я адресовал бы себе-ребенку, который  отвергал то,
что  рост знаниЯ делает  мир менее понЯтным? џ  бы  согласилсЯ с  ним,  хотЯ
сейчас Я считаю, что важно не то, может ли <i>одна</i> из особей нашего конкретного
вида понЯть все то,  что понимает весь вид. ‚ажно то, действительно ли едина
и понЯтна сама  структура  реальности. ‘уществует множество  причин считать,
что  это  так.  Ѓудучи  ребенком,  Я  просто знал это:  сейчас  Я  могу  это
объЯснить.
     ’…ђЊ€ЌЋ‹Ћѓ€џ
     ќпистемологиЯ  --  наука о  природе познаниЯ  и  процессах,  которые ее
создают.
     ЋбъЯснение -- (грубо) утверждение о природе и причинах вещей.
     €нструментализм -- система  взглЯдов, в  соответствии с  которой  целью
научной теории ЯвлЯетсЯ предсказание результатов экспериментов.
     Џозитивизм --  крайнЯЯ  форма инструментализма, утверждающаЯ,  что  все
формулировки, отличные от тех, которые что-либо описывают или предсказывают,
не имеют смысла. (ќтот взглЯд сам не имеет смысла по своим же критериЯм).
     ђедукционный  --  редукционное объЯснение --  это  объЯснение,  которое
раскладывает все вещи на составлЯющие низкого уровнЯ.
     ђедукционизм  -- система  взглЯдов,  в  соответствии с которой  научные
объЯснениЯ изначально ЯвлЯютсЯ редукционными.
     •олизм --  идеЯ о  том, что обоснованными  ЯвлЯютсЯ только  объЯснениЯ,
сделанные на основе систем высокого уровнЯ; противоположность редукционизма.
     €сход -- исходЯщим Явлением называетсЯ такое Явление (как  жизнь, мысль
или  вычисление),  относительно  которого  существуют  понЯтные  факты   или
объЯснениЯ, которые не просто выводЯтсЯ из теорий низкого уровнЯ, но которые
могут  объЯснить   или  предсказать  теории   высокого  уровнЯ,  относЯщиесЯ
непосредственно к этим ЯвлениЯм.
     ђ…‡ћЊ…
     Ќаучное знание, как и все человеческое знание, состоит  главным образом
из  объЯснений. Џростые факты  можно посмотреть  в справочнике, предсказаниЯ
важны  только при проведении  решающих экспериментов длЯ выбора более точной
научной теории, котораЯ  уже прошла проверку на наличие  хороших объЯснений.
Џо  мере того, как новые теории вытеснЯют старые, наше знание становитсЯ как
шире (когда  поЯвлЯютсЯ новые предметы), так и  глубже (когда  наши основные
теории объЯснЯют больше и  становЯтсЯ более обобщенными). ѓлубина побеждает.
’аким образом, мы  не удалЯемсЯ от того состоЯниЯ, когда один человек сможет
понЯть все, что  понЯто, а приближаемсЯ к  нему. Ќаши самые  глубокие теории
настолько переплетаютсЯ друг с другом, что их можно понЯть только совместно,
как единую теорию объединенной структуры реальности. ќта  ’еориЯ ‚сего имеет
гораздо больший  масштаб,  чем  та  "теориЯ  всего",  которую  ищут  ученые,
занимающиесЯ физикой  элементарных частиц,  потому  что структура реальности
состоит не только из  таких составлЯющих  редукционизма,  как  пространство,
времЯ  и  дробноатомные  частицы,  но  также,  например,  из жизни,  мысли и
вычислениЯ. <i>—етыре основных нити объЯснениЯ</i>,  которые могут составить первую
’еорию ‚сего -- это
     <i>квантоваЯ физика</i>, ѓлавы 2, 9, 11, 12, 13, 14;
     <i>эпистемологиЯ</i>, ѓлавы ‡, 4, 7, 10, 13, 14;
     <i>теориЯ вычислений</i>, ѓлавы 5, б, 9, 10, 13, 14;
     <i>теориЯ эволюции</i>, ѓлавы 8, 13, 14.

     ‘ледующаЯ  глава посвЯщена  первой и  самой важной  из четырех нитей --
<i>квантовой физике</i>.

        ѓлава 2. ’ени

     <i>Ќе  существует лучшей,  более  открытой  двери к  изучению  физики, чем
обсуждение физического феномена свечи.</i>
     Њайкл ”арадей
     <i>(Љурс из шести лекций по химической истории свечи)</i>
     ‚  своих  знаменитых научных  лекциЯх  в  Љоролевском  институте  Њайкл
”арадей всегда  побуждал  своих  слушателей  изучать  мир, рассматриваЯ, что
происходит  при горении  свечи.  џ заменю свечу электрическим фонариком. ќто
правомерно, поскольку устройство электрического фонарика во многом  основано
на открытиЯх ”арадеЯ.
     џ опишу несколько экспериментов, которые иллюстрируют ЯвлениЯ лежащие в
основе квантовой физики.  ’акого рода эксперименты со множеством изменений и
уточнений   в  течение  многих  лет  оставались  средством  к  существованию
квантовой оптики. ‚ их  результатах  нет  противоречий, однако даже сейчас в
некоторые из них трудно поверить.  Ћсновные эксперименты удивительно просты.
Ћни в сущности не требуют ни специальных научных инструментов, ни  глубокого
знаниЯ математики  или  физики,  они заключаютсЯ  всего лишь в  отбрасывании
теней.  Ћбычный  электрический  фонарик  может производить  весьма  странные
картины света и тени. Џри более внимательном рассмотрении можно увидеть, что
они имеют необычные разветвлениЯ. —тобы объЯснить их,  нужны не просто новые
физические законы,  а  новый <i>уровень</i> описаниЯ  и  объЯснениЯ,  выходЯщий  за
пределы того, что раньше считали  научной сферой. Џрежде всего,  эти картины
открывают существование параллельных миров. Љак это возможно? ЉакаЯ мыслимаЯ
картина теней может повлечь за собой подобные выводы?


     ђис. 2.1. ‘вет от электрического фонарика
     Џредставьте включенный электрический фонарик в  темной комнате где  нет
других  источников  освещениЯ. Ќить  накала лампочки испускает свет, который
расширЯетсЯ, образуЯ часть конуса. —тобы не усложнЯть эксперимент отраженным
светом, стены  комнаты должны  быть  матово-черными длЯ  полного  поглощениЯ
света.  €ли,  поскольку  мы   проводим  эти  эксперименты   только  в  своем
воображении,  можно представить  комнату астрономических размеров, чтобы  до
завершениЯ  эксперимента свет не успел достигнуть стен  и вернутьсЯ. ђисунок
2.1  иллюстрирует  данный  опыт.  Ќо этот  рисунок  в  некоторой степени  не
соответствует истине:  если  бы мы  смотрели на  фонарик  со  стороны, мы не
смогли  бы увидеть  ни фонарик, ни свет.  Ќевидимость -- одно из  простейших
свойств  света.  Њы  видим  свет лишь тогда, когда он попадает в  наши глаза
(хотЯ, как правило, мы говорим о последнем объекте, на который воздействовал
этот  свет и который  оказалсЯ по  линии нашего зрениЯ). Њы не можем увидеть
свет,  который просто проходит  мимо.  …сли  бы в  луче оказалсЯ  отражающий
объект или даже пыль  или капельки  воды, чтобы рассеЯть свет,  мы смогли бы
его увидеть. Ќо поскольку в луче ничего нет, и мы смотрим на него извне, его
свет не достигает нас. Ќаиболее точно  то,  что мы должны увидеть, следовало
бы представить  абсолютно  черной картинкой. ‚ присутствии второго источника
света, мы  могли бы  увидеть фонарик,  но  опЯть же не его свет. ‹учи света,
даже  самого  интенсивного света,  который  мы  можем  получить  (с  помощью
лазеров), проходЯт друг через друга, как если бы ничего не было вообще.
     Ќа рисунке 2.1 видно, что около  фонарика свет наиболее  Яркий, по мере
удалениЯ от него свет тускнеет, так как луч расширЯетсЯ,  чтобы осветить еще
большую площадь.  Ќаблюдателю,  находЯщемусЯ в луче и отходЯщему от фонарика
спиной вперед,  рефлектор  показалсЯ  бы еще меньше,  а  когда  был бы виден
только как точка, еще слабее. ќто в самом деле было бы так? ‘пособен ли свет
действительно  распространЯтьсЯ  неограниченно  все  более  тонкими  лучами?
Ћтвет: нет. Ќа расстоЯнии примерно десЯти тысЯч  километров от фонарика  его
свет был бы слишком слабым, чтобы  человеческий  глаз  мог  его различить, и
наблюдатель  ничего  бы не  увидел. ’о  есть человек ничего бы не  увидел; а
животное с  более  чувствительным  зрением?  ѓлаза лЯгушки  в несколько  раз
чувствительнее   человеческих   глаз:   этого   вполне   достаточно,   чтобы
почувствовать   ощутимую   разницу  при  проведении  эксперимента.  …сли  бы
наблюдателем была лЯгушка, и она  удалЯлась  бы от электрического  фонарика,
момент, когда она полностью потерЯла бы его из вида, никогда бы не наступил.
‚место  этого  лЯгушка  увидела  бы,  что  фонарик  начал  мерцать.  ‚спышки
возникали бы  через неравные промежутки времени, которые увеличивались бы по
мере удалениЯ  лЯгушки от фонарика.  Ќо отдельные  вспышки не стали бы менее
Яркими. Ќа расстоЯнии ста миллионов километров от фонарика лЯгушка видела бы
в среднем только одну  вспышку света в день, но эта вспышка была бы не менее
Яркой, чем любаЯ другаЯ, наблюдаемаЯ с любого другого расстоЯниЯ.


     ђис. 2.2. ‹Ягушки могут видеть отдельные фотоны
     ‹Ягушки не могут рассказать нам, что они видЯт.  Џоэтому при проведении
реальных  экспериментов  мы используем  фотоумножители (световые  детекторы,
чувствительность   которых  превышает   чувствительность  глаз   лЯгушки)  и
уменьшаем свет,  пропускаЯ его  через темные  фильтры, а не наблюдаем его на
расстоЯнии  ста  миллионов километров  от источника.  Ћднако ни  принцип, ни
результат от этого не менЯютсЯ: не мнимаЯ темнота, не  однороднаЯ тусклость,
а мерцание, причем вспышки -- одинаково Яркие, независимо от того, насколько
темный фильтр мы используем. ќто мерцание показывает, что существует  предел
равномерного распространениЯ света. ЏользуЯсь терминологией  ювелиров, можно
сказать,  что свет не ЯвлЯетсЯ бесконечно "ковким". Џодобно золоту небольшое
количество света можно равномерно распределить по очень большой площади, но,
в конечном  итоге, если попытатьсЯ растЯнуть его  еще, он  станет  неровным.
„аже  если  можно  как-нибудь  предотвратить  группирование  атомов  золота,
существует предел, за которым атомы нельзЯ разделить  без того, чтобы золото
не перестало быть  золотом. Џоэтому единственный способ сделать золотой лист
толщиной  в один атом еще  тоньше - расположить  атомы еще  дальше  друг  от
друга, чтобы  между ними было  пустое пространство. Љогда эти атомы окажутсЯ
достаточно далеко  друг  от  друга,  заблуждением  будет  считать,  что  они
образуют сплошной лист.  Ќапример, если каждый атом  золота  находилсЯ  бы в
среднем на  расстоЯнии  нескольких  сантиметров от своего ближайшего соседа,
можно было  бы  провести рукой  через "лист", не прикасаЯсь к золоту вообще.
’очно также существует элементарный световой шарик или "атом", <i>фотон.</i> ЉаждаЯ
вспышка, которую  видит лЯгушка, вызвана фотоном, воздействующим на сетчатку
ее глаз. ‹уч света становитсЯ слабее не потому, что сами фотоны  ослабевают,
а потому, что они отдалЯютсЯ друг от друга, и пустое пространство между ними
увеличиваетсЯ (рисунок 2.2). Ћчень слабый луч неправомерно называть "лучом",
поскольку он  прерываетсЯ. Љогда лЯгушка ничего  не видит, это происходит не
потому, что свет, попадающий в ее глаза, слишком слаб,  чтобы воздействовать
на сетчатку, а потому, что свет просто не попадает в ее глаза.