с ее помощью и нельзя без ошибок посчитать движения галактик, объяснить расширение Вселенной и т. п.
Но при нерелятивистских скоростях, когда объекты движутся «по-земному», а не со скоростью 300 км/с, законы Ньютона работают идеально. Таким образом, они являются частным случаем теории относительности Эйнштейна.
В интересное время мы живем! Уже в ближайшие годы мы с вами должны увидеть переворот в физике, которого ученые ждут уже почти 100 лет!
А именно перевороты в физике задают тон глобальным технологическим изменениям. И речь идет не просто о новых моделях смартфонов, а о действительно кардинальном переустройстве окружающего мира. Как сильно изменился мир, когда были открыты электричество и электромагнитное поле! Что-то подобное должно нас ждать и теперь.
Тот же тетранейтрон поможет лучше понять, как устроены нейтронные звезды, и научиться как-то стабилизировать это вещество. Ведь мы можем получить уникальный материал, который будет прочнее камня и в разы легче и дешевле. Такой материал, из которого можно легко возводить недорогие дома на века!
Так что закончим эту главу на хорошей ноте. Мы накопили достаточное количество опыта для кардинальных перемен.
Отрицательный результат – тоже результат. Поиграв в спекуляции, ученые все меньше стали доверять этим методам. И теперь возвращаются в старые добрые времена, когда физика прочно стояла на фундаменте экспериментов.
Совершить прорыв в физике помогут новые экспериментальные данные. Для этого нам еще глубже надо погрузиться в космос. Все ответы, скорее всего, находятся именно там.
Глава 18
Хаос и случайность в физике
Альберт Эйнштейн яростно спорил с Нильсом Бором в октябре 1927 года по поводу ключевых аспектов квантовой механики. Эйнштейну не нравилась случайная природа квантовых явлений, по поводу чего знаменитый физик произнес:
«Бог не играет в кости».
«Перестаньте говорить Богу, что делать», – парировал Нильс Бор.
Тогда победа осталась за сторонниками Бора. Но вопрос продолжает мучить тысячи ученых. Есть ли место случайности в нашем мире или все окончательно и бесповоротно предопределено?
Мы привыкли к причинно-следственной связи. И действительно, мир устроен логично. Чтобы футбольный мяч полетел, нужно приложить силу, ударив по нему ногой. Чтобы мяч полетел не абы куда, а точно в ворота, нужно много лет тренироваться. Это все логичные закономерности нашего мира.
Для начала уточним понятия.
Теория хаоса в науке изучает поведение сложных нелинейных динамических систем. Это, например, атмосфера, турбулентные потоки или общество.
Такие системы крайне зависимы от первоначальных условий. Тут даже небольшие изменения в окружающей среде могут привести к непредсказуемым последствиям. Как мы видим из уроков истории, войны и революции часто происходят не-ожиданно и начинаются с каких-то незначительных поводов. Так и атмосферные явления – например, циклоны – могут развиваться и менять направления от каких-то малозначительных, на первый взгляд, факторов.
В таких системах нам трудно уловить все причины и предсказать последствия (поэтому предсказания погоды – процесс крайне сложный, даже с помощью суперкомпьютеров).
Но хаотичные системы могут быть вполне детерминированы. То есть обладать четкой причинно-следственной связью. Просто мы не в силах ее уловить.
Случайность же часто трактовалась просто как степень нашего незнания. Мы не знаем всех возможных причин – значит, нам кажется, что это произошло случайно.
Однако случайность имеет место в нашем мире.
В 1977 году Нобелевскую премию по химии присудили бельгийскому физику российского происхождения Илье Пригожину. Он изучал неравновесные термодинамические системы и убедительно доказал, что структуры в них возникают случайным образом. И классическая наука, которая игнорирует фактор случайности, совершает большую ошибку и не может точно описывать поведение сложных систем.
То есть случайность существует в нашем мире на фундаментальном уровне. Но можно ли как-то ориентироваться в этом хаосе?
В 2021 году 73-летний итальянский физик Джорджо Паризи получил Нобелевскую премию за открытие, «как беспорядок и флуктуации взаимодействуют в физических системах от планетарных до атомных масштабов».
Итальянский физик исследовал хаотичные физические системы. Он изучал, говоря простыми словами, как небольшие случайности влияют на наш мир в глобальном масштабе. Эти математические инструменты можно использовать при развитии квантовых компьютеров. Но они имеют и большой мировоззренческий смысл: случайность в нашем мире все-таки есть!
Джорджо Паризи хорошо известен математикам и физикам-теоретикам, но обычным людям его имя мало что скажет. Впервые в научном сообществе оно прогремело еще в 1977 году. Паризи опубликовал уравнение в квантовой хромодинамике.
Уравнение описывает так называемое сильное взаимодействие. Это одно из фундаментальных взаимодействий в физике, которое отвечает за структуру протонов и нейтронов. Без него не образовывались бы атомные ядра, и мы бы не получили физически стабильный мир, который мы видим сейчас.
Но если случайность существует, почему же мир стабилен?
Случайность играет роль в ограниченном масштабе. Если описать с упрощением (да простят меня физики), развитие сложных систем идет по такому принципу:
Эволюция (стабильные изменения) – Революция (состояние нестабильности) – Эволюция – Революция.
Период эволюции длительный, в этот период копятся однотипные изменения. В системе накапливаются противоречия, которые приводят к революции.
И вот именно в период революции случай начинает играть важную роль. Здесь какой-нибудь малозначительный эпизод может оказать гигантский эффект на развитие всей системы в будущем.
Вспомним Россию в 1917 году. Февральская революция застала большевиков врасплох: они были плохо подготовлены к борьбе за власть. Цепочка незначительных и не связанных друг с другом событий в итоге привела к победе большевиков в октябре. И это определило путь всей страны на 74 года вперед.
Но и случай ограничен. Есть флуктуации – колебания, которые и задают коридор возможностей. То есть, в случае нашей истории, к власти мог прийти Ленин, мог утвердиться Керенский. Могли победить кадеты или, что весьма вероятно, меньшевики. В каком-то виде даже могла остаться монархия, как это было в Великобритании.
Но число вариантов все равно было ограничено. Не было варианта возврата Николая II. Или прихода к власти условной «кухарки».
Эти варианты, когда система вышла из равновесного состояния и идет выбор во время «революции», называются в науке точками бифуркации. И в сложных системах (общество, атмо-сфера и т. п.) незначительный случайный фактор способен сильно повлиять на дальнейшее развитие.
В физическом мире эти случайные закономерности (оксюморон, но наш мир вообще парадоксален!) существуют, что и доказал Джорджо Паризи. Причем происходит это везде – от атомов и до космоса.
Паризи разработал математические методы статистического прогнозирования для поведения таких систем. Да, решить точно некоторые уравнения нельзя, считает ученый. Да и не нужно! Важно научиться предсказывать вероятность на основе статистических закономерностей.
