Мир физики и физика мира. Простые законы мироздания - страница 14

Однако понимать, что для исследования массива, полученного объединением составляющих его элементов (частиц, атомов и молекул), необходимо больше физики, – это не то же самое, что знать, какой физики нам не хватает. Это становится ясно, если попытаться составить единую картину физической Вселенной. Например, мы еще не умеем выводить законы термодинамики из Стандартной модели физики частиц – или, собственно, делать обратное, поскольку неясно, какой из этих двух столпов физики является более фундаментальным. И мы еще дальше от понимания того, например, что отличает живое от неживого. В конечном счете и я, и вы – все мы состоим из атомов, а то, что мы живы, – это не просто вопрос сложности, поскольку живой организм с точки зрения его атомной структуры не более сложен, чем такой же, но мертвый организм.

И все же… наверное, можно мечтать о том времени, когда мы разработаем единую физическую теорию, которая будет лежать в основе всех природных явлений. До тех пор достаточно помнить, что редукционистская гипотеза имеет серьезные ограничения, а нам нужно пользоваться различными теориями и моделями, в зависимости от того, что мы пытаемся описать.

Несмотря на наше стремление найти универсальные законы физики, ограниченность редукционизма указывает на тот факт, что иногда физические объекты ведут себя по-разному в зависимости от масштабов явления, и анализировать их надо, опираясь на соответствующую модель или теорию. Например, если рассматривать уровень планет, звезд и галактик, то в этом мире главенствует сила тяготения – она поддерживает структуру Вселенной. Однако на уровне атомов она не играет никакой сколько-нибудь заметной роли, поскольку там доминируют другие три силы: электромагнетизм и слабые/сильные ядерные силы. Наверное, самая большая нерешенная проблема всей физики, о которой мы поговорим в главе 5, заключается в том, что законы физики, описывающие наш так называемый классический мир материи, энергии, пространства и времени, просто не работают, когда мы сужаем этот мир до отдельных атомов, где начинают работать совершенно иные законы квантовой механики.

Даже на квантовом уровне нам приходится выбирать ту модель, которая более всего применима к изучаемой системе. Еще с начала 1930-х годов известно, например, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, однако в конце 1960-х было обнаружено, что эти частицы не являются элементарными, а состоят из более мелких составляющих, кварков. Но физики-ядерщики не описывают свойства ядер с помощью кварковых моделей. Хотя на основе упрощенного редукционистского подхода можно предположить, что для более глубокого, более точного описания атомного ядра это просто необходимо. Тем не менее пользы от этого мало. Можно с достаточной уверенностью утверждать, что при описании свойств ядер протоны и нейтроны ведут себя так, как будто они неделимые частицы, а не сложные системы из трех кварков. Поэтому, хотя их свойства и поведение в конечном счете должны определяться их внутренней структурой, это вовсе не очевидно и не обязательно, если мы хотим узнать о таких свойствах, как форма и стабильность ядра. Вообще говоря, даже в самой ядерной физике используется целый ряд очень разных математических моделей, причем каждая лучше всего подходит для определенного класса ядер. Универсальной же теории ядерной структуры не существует.

Вот это я и имею в виду, когда говорю о том, что физические объекты ведут себя по-разному в зависимости от заданного масштаба, рассматриваемого интервала времени и энергии. Физика имеет две чудесные особенности – универсальность многих ее теорий и то, что, более глубоко изучая и анализируя систему, мы лучше понимаем, как ее части соотносятся с целым. Однако верно и то, что нам часто приходится делать выбор в пользу теории, более подходящей для конкретного масштаба. Если вам нужно починить стиральную машину, то вам совсем не обязательно знать все сложности Стандартной модели физики частиц – пусть даже стиральная машина, как все остальное в мире, в конечном счете состоит из кварков и электронов. Если бы мы попытались применить фундаментальные теории физики о квантовой природе мира к нашей будничной жизни, мы бы далеко не ушли.