Стівен Вайнберг - Пояснюючи світ

типи матерії та сили (крім тяжіння), з якими ми стикаємося в наших лабораторіях, у вигляді набору рівнянь, які вмістяться на одному аркуші паперу. Тому можна бути впевненими, що Стандартна модель виявиться як мінімум наближеною версією якоїсь кращої майбутньої теорії.

Стандартна модель здалася б незадовільною багатьом натурфілософам від Фалеса до Ньютона. Вона неупереджена: у ній немає жодного натяку на людські пристрасті на кшталт любові чи справедливості. Нікому з тих, хто її вивчає, Стандартна модель не допоможе стати кращою людиною, як, на думку Платона, мало б впливати вивчення астрономії. Крім того, усупереч очікуванням Арістотеля від фізичної теорії, у Стандартній моделі немає жодного елемента мети. Звісно, ми живемо у Всесвіті, яким керує Стандартна модель, і можемо уявити, що електрони та два легкі кварки є тим, чим вони є, щоб уможливити наше існування, але тоді як нам бути з їхніми важчими «колегами», що не мають стосунку до нашого життя?

Стандартну модель виражають рівняння, що описують різноманітні поля, але її не можна вивести лише математично. Не випливає вона й безпосередньо зі спостережень за природою. Фактично кварки та глюони притягуються один до одного силами, що збільшуються з відстанню, тому ці частинки ніколи не можна спостерігати окремо. Так само не можна вивести Стандартну модель з якихось усталених філософських понять. Вона радше є продуктом здогадок, керованим естетичним судженням і підтвердженим успіхом багатьох його передбачень. І хоча Стандартна модель має ще багато непояснених аспектів, ми очікуємо, що принаймні деякі з них будуть пояснені якоюсь докладнішою теорією, що прийде їй на зміну.

Давній тісний зв’язок між фізикою й астрономією зберігся. Сьогодні ми розуміємо ядерні реакції достатньо добре, щоб не лише обчислити, як сяють та еволюціонують Сонце та зірки, а й щоб зрозуміти, як утворилися найлегші елементи в перші кілька хвилин нинішнього розширення Всесвіту. Водночас, як і в минулому, астрономія сьогодні кидає фізиці грізний виклик: розширення Всесвіту прискорюється, імовірно, через темну енергію, що міститься не в масах та рухах частинок, а в самому космосі.

Є один аспект досвіду, який, здається, важко пояснити за допомогою якоїсь позбавленої мети фізичної теорії на кшталт Стандартної моделі. Говорячи про живі істоти, ми не можемо уникнути телеології. Ми описуємо серця й легені, корені та квітки з погляду мети, якій вони слугують, причому ця тенденція лише посилилася в часи після Ньютона, коли завдяки таким натуралістам, як Карл Лінней та Жорж Кюв’є, стрімко зростала кількість інформації про тварин та рослини. Не лише теологи, а й вчені, зокрема Роберт Бойль та Ісаак Ньютон, бачили в дивовижних особливостях тварин та рослин доказ на користь існування Творця. Навіть якщо сьогодні ми й можемо уникнути надприродного пояснення особливостей тварин та рослин, тривалий час здавалося, що розуміння життя базується на телеологічних принципах, дуже відмінних від фізичних теорій на кшталт ньютонівської.

Поєднання біології з рештою наук уперше стало можливим у середині XIX століття після того, як Чарльз Дарвін та Альфред Рассел Воллес незалежно один від одного запропонували теорії еволюції шляхом природного добору. Еволюція була вже знайомою ідеєю, яка виникла з даних про викопні рештки. Багато з тих, хто визнавав реальність еволюції, вважали її за результат фундаментального принципу біології, вродженого прагнення живих істот до вдосконалення – принципу, що мав би унеможливити будь-яке поєднання біології з фізичною наукою. Натомість Дарвін та Воллес запропонували гіпотезу, що еволюція діє через появу спадкової мінливості; водночас сприятливі зміни є не більш імовірні за несприятливі, однак імовірнішим є поширення саме змін, що збільшують шанси на виживання та розмноження[67].

Знадобилося чимало часу, перш ніж природний добір визнали механізмом еволюції. За часів Дарвіна ніхто не знав про механізм спадковості або вияви спадкової мінливості, тому біологи могли загалом сподіватися на більш продуману теорію, яка передбачатиме й мету. Особливо неприємно було уявляти, що люди є результатом мільйонів років природного добору, що залежить від випадкових спадкових змін. Згодом відкриття у XX столітті правил генетики та виявів мутації привели до «неодарвінівського синтезу», що пов’язав теорію еволюції з природним добором на міцнішій основі. Урешті цю теорію поєднали з хімію, а отже, і з фізикою, через усвідомлення, що генетичну інформацію переносить подвійна спіраль молекул ДНК.

Отже, біологія об’єдналася з хімією в узагальненому погляді на природу, що ґрунтується на фізиці. Але важливо усвідомлювати межі цього узагальнення. Ніхто не збирається заміняти мову та методи біології описом живих істот з погляду окремих молекул, не кажучи вже про кварки та електрони. По-перше, живі істоти надто складні для такого опису, набагато складніші навіть за величезні молекули органічної хімії. Але найважливіше тут те, що, навіть якби ми могли простежити рух кожного атома всередині тварини чи рослини, у такому величезному масиві даних ми загубили б сам предмет нашої цікавості – лева, що полює на антилопу, або квітку, що приваблює бджіл.

На відміну від хімії, у біології, як і в геології, є й інша проблема. Живі істоти є тим, чим вони є, не лише через закони фізики, а й унаслідок величезної кількості історичних випадковостей, зокрема тієї, що якась комета або метеор врізалася в Землю 65 млн років тому із силою, достатньою, щоб знищити динозаврів, а також того факту, що Земля сформувалася на певній відстані від Сонця та з певним початковим хімічним складом. Ми можемо зрозуміти деякі з цих випадковостей статистично, але не індивідуально. Кеплер помилявся: ніхто й ніколи не зможе обчислити відстань Землі від Сонця, з огляду на виключно фізичні закони. Поєднання біології з рештою наук ми розуміємо лише як те, що не може бути жодних окремих законів біології принаймні не більше, ніж законів геології. Будь-який загальний принцип біології є тим, чим він є, через дію фундаментальних законів фізики разом з історичними випадковостями, які за визначенням ніколи не вдасться пояснити.

Описану вище точку зору називають (часто несхвально) редукціонізмом. Опозиція редукціонізму є навіть у фізиці. Фізики, що вивчають рідини або тверді тіла, часто наводять приклади «емерджентності» – появи в описі макроскопічних явищ таких понять, як теплота або фазовий перехід, що не мають аналогів у фізиці елементарних частинок і не залежать від особливостей елементарних частинок. Наприклад, термодинаміку (наука про теплоту) можна застосувати до дуже багатьох систем: не лише до тих, що містять багато молекул (їх розглядали Максвелл та Больцман), а й до поверхонь великих чорних дір. Однак її не можна застосувати до всього; тож коли ми питаємо, чи застосовна вона до конкретної системи і з’ясовуємо, що це можливо,