Будь-яка фізична теорія завжди тимчасова в тому розумінні, що всього лише гіпотеза: ви ніколи не зможете довести її. Хоч скільки разів результати експериментів збігалися з теорією, ви однаково не можете бути впевнені, що надалі вони не суперечитимуть їй. До того ж ви можете спростувати теорію навіть одним спостереженням, яке не збігатиметься з теоретичними передбаченнями. Як наголошував філософ науки Карл Попер, добра теорія дає зробити низку передбачень, що їх узагалі можна спростувати або сфальсифікувати спостереженням. Щоразу, коли результати нових експериментів підтверджують передбачення, теорія показує свою спроможність, а наша довіра до неї зростає; та коли бодай одне нове спостереження не узгоджуватиметься з теорію, нам доведеться відкинути або змодифікувати її.
Принаймні саме так і мало б статися, однак ви завжди можете взяти під сумнів компетенцію спостерігача.
Насправді ж часто буває так, що нова теорія — це тільки розширення попередньої. Наприклад, дуже точні спостереження за планетою Меркурій виявили невеличку різницю між її рухом і передбаченнями Ньютонової теорії гравітації. Відповідно до Айнштайнової загальної теорії відносності, Меркурій мав би рухатися трохи інакше, ніж за Ньютоновою теорією. Той факт, що Айнштайнові передбачення збіглися зі спостереженнями, а Ньютонові не збіглися, був одним з вирішальних підтверджень нової теорії. Проте на практиці ми й досі користуємося з Ньютонової теорії, бо в тих випадках, з якими ми зазвичай стикаємося, її передбачення майже не відрізняються від передбачень загальної теорії відносності. (Ньютонова теорія має ще велику перевагу в тому, що з нею набагато простіше працювати, ніж з Айнштайновою!).
Кінцева мета науки — створення єдиної теорії, що змогла б описати цілий Всесвіт. Проте більшість науковців воліє ділити це завдання на дві частини. По-перше, це закони, з яких ми дізнаємося, як Всесвіт змінюється з часом. (Знаючи вигляд Всесвіту у якийсь один момент, ми за допомогою цих фізичних законів зможемо встановити, яким він буде будь-коли пізніше). По-друге, це питання про початковий стан Всесвіту. Дехто гадає, що наука має працювати тільки над першою частиною, а питання про початковий стан Всесвіту — це, мовляв, справа метафізики або релігії. Прихильники такої думки кажуть, що Бог усемогутній, а тому міг запустити Всесвіт як завгодно. Якщо вони мають рацію, то Бог також міг зробити так, щоб Всесвіт розвивався абсолютно довільно. Однак, видається, Вишній постановив, щоб Всесвіт розвивався вельми впорядковано, відповідно до певних законів. Тож цілком резонно припустити, що існують ще й закони, яким підлягає початковий стан Всесвіту.
Як з’ясувалося, розробити теорію, що охоплюватиме цілий Всесвіт, дуже важко. Тож нам доводиться ділити велике завдання на дрібніші і створювати низку часткових теорій. Кожна з них описує і дає змогу передбачити якийсь обмежений клас спостережень, нехтуючи вплив інших величин або зображаючи ці величини простими наборами чисел. Можливо, що цей підхід абсолютно неправильний. Якщо все у Всесвіті цілком залежить від усього іншого, то, окремо досліджуючи частини завдання, годі було б, здається, наблизитися до повного розв’язку. Однак це, без сумніву, той шлях, завдяки якому ми досягли прогресу в минулому. Класичний приклад — згадана вже Ньютонова теорія гравітації, згідно з якою сила тяжіння між двома тілами залежить тільки від одної характеристики кожного тіла, а саме від маси, проте зовсім не залежить від того, з чого складаються тіла. Отже, щоб обчислити орбіти Сонця і планет, теорія їхнього складу та структури не потрібна.
Сьогодні науковці описують Всесвіт за допомогою двох основних часткових теорій — загальної теорії відносності і квантової механіки. Ці теорії — великі інтелектуальні здобутки першої половини XX століття. Загальна теорія відносності описує гравітаційну силу й великомасштабну структуру Всесвіту, тобто структуру в масштабах від кількох миль[7] до мільйона мільйонів мільйонів мільйонів (одиниця з двадцятьма чотирма нулями після неї) миль, до розмірів спостережного Всесвіту. А квантова механіка, своєю чергою, розглядає явища у вкрай малих масштабах — таких як одна мільйонна однієї мільйонної частки дюйма. На жаль, ці дві теорії, як відомо, несумісні одна з одною: вони не можуть бути одночасно правильні. Один з основних напрямів сучасної фізики і головна тема цієї книжки — пошук нової теорії, яка б їх обох охопила, — теорії квантової гравітації. Поки що такої теорії немає, і нам, можливо, доведеться ще довго чекати на неї, але ми вже точно знаємо багато її властивостей. І в дальших розділах ми впевнимося, що нам уже чимало відомо про те, які передбачення ґрунтуватимуться на квантовій теорії гравітації.
Отже, коли ви вважаєте, що розвиток Всесвіту відбувається не довільно, а відповідно до певних законів, то вам зрештою доведеться об’єднати часткові теорії в єдину повну теорію, яка зможе описувати все у Всесвіті. Але в пошуку цієї єдиної теорії є фундаментальний парадокс. Усі викладені вище уявлення про наукові теорії мають своєю передумовою те, що ми розумні істоти, вільні спостерігати за Всесвітом так, як нам хочеться, і робити логічні висновки з того, що ми бачимо. У такій схемі слушно припустити, що ми могли б усе більше наближатися до розуміння законів, яким підвладний наш Всесвіт. Проте, якщо єдина повна теорія справді існує, то вона, певно, має впливати і на наші дії. Отже, вона має визначати наперед результат нашого пошуку її самої! А чому вона має визначати, що ми з усіх фактів зробимо правильні висновки? Може, вона з таким самим успіхом визначить, що ми дійдемо хибного висновку? Або й зовсім не дійдемо жодного висновку?
Єдина відповідь, яку я можу дати на це питання, базується на принципі Дарвіна про природний добір. Ідея полягає в тому, що в будь-якій популяції організмів, здатних до самовідтворення, неминучі варіяції, спричинені генетичним матеріялом і вихованням різних індивідів. Ці відмінності означають, що деякі індивіди здатні краще за інших робити про навколишній світ правильні висновки і діяти відповідно до них. Такі індивіди матимуть більше шансів вижити й дати потомство, тому їхня модель поведінки і мислення домінуватиме. У минулому інтелект і здатність до наукового відкриття давали, безперечно, перевагу у виживанні. Щоправда, зовсім не очевидно, що це й досі так: наші наукові відкриття цілком можуть знищити нас усіх, а навіть якщо ні, то єдина повна теорія навряд чи зможе справити великий вплив на наші шанси вижити. Проте, якщо Всесвіт еволюціонує закономірно, тоді слід сподіватися, що наша здатність міркувати, набута внаслідок природного добору, виявиться також у пошуках єдиної повної теорії і допоможе уникнути хибних висновків.
А що часткових теорій уже досить, щоб робити точні передбачення в усіх ситуаціях, крім найекстремальніших, то пошук остаточної теорії Всесвіту, здається, важко виправдати з практичних міркувань. (Варто зазначити, що такі аргументи можна було б навести і проти теорії відносності, і проти квантової механіки, однак завдяки саме цим теоріям ми маємо ядерну енергетику і революційний прорив у мікроелектроніці!). Отже, відкриття єдиної повної теорії не може сприяти виживанню людського роду. І навіть не може впливати на наш спосіб життя. Але вже на світанку цивілізації людям не подобалися непоясненні й незв’язані події. Вони жадали зрозуміти той порядок, що лежить в основі світу. Ми, як і наші попередники, прагнемо знати, чому ми тут і звідки взялися. Великий потяг людства до знань — достатня підстава для нашого неперервного пошуку. І наша мета — це щонайповніший опис Всесвіту, в якому ми живемо
Розділ 2