Можем ли мы когда-нибудь быть уверены, что узнали о природе все?
«То, что мы наблюдаем, - это не сама природа, а природа, которую мы подвергаем сомнению». - Вернер Гейзенберг
Как много мы можем знать о мире? Это, конечно, центральный вопрос для физики, и он был с самого начала не только современной науки, какой мы ее знаем, но и западной философии.
Около 650 г. до н. э. Фалес Милетский впервые высказал предположение об основной материальной ткани реальности. Основное напряжение здесь - напряжение восприятия. Чтобы описать мир, мы должны увидеть его, ощутить и выйти за его пределы, измерив его во всех его тончайших деталях. Проблема в том, что «все.«Мы, люди, обязательно слепы ко многим аспектам физической реальности, и те аспекты, которые мы улавливаем, обязательно окрашиваются через линзы нашего восприятия.
Мы даже в принципе не можем начать понимать, что означает «вся реальность». С помощью наших инструментов и инструментов наблюдения мы фиксируем его фрагменты, которые затем наилучшим образом описываем с помощью наших математических моделей и теорий. Цитируя философа Томаса Нагеля, не существует «вида из ниоткуда», взгляда на реальность во всех ее деталях глазами Бога. Мы можем представить себе такую вещь, но мы никогда не сможем ее понять. Не существует такой вещи, как полное знание чего бы то ни было, не говоря уже об окружающем нас мире природы.
Есть две основные причины нашей близорукости. Один из них связан с технологиями. Другой - к нашей физической, телесно-центрированной связи с природой. Даже если наши теории нацелены на своего рода универсальность знания, мы исследуем реальность очень по-человечески.
Частично закрытый вид
Начнем с технологий. Сбор данных зависит от точности инструментов и инструментов. То, что мы «видим», зависит от инструментов, которые мы используем, чтобы видеть. Как следствие, мировоззрение меняется по мере развития наших инструментов исследования. Совершенно четкого снимка реальности не бывает; мы всегда получаем частично закрытый обзор.
Очевидным примером является астрономия до и после телескопа или биология до и после микроскопа. Оба изобретения необратимо изменили наши представления о небе и о жизни. По мере того, как телескопы и микроскопы развивались от своих первоначальных предшественников 17-го века и становились все более мощными и дальнобойными, мировоззрение менялось снова и снова. Мы перешли от статической Вселенной к расширяющейся, в которой преобладают темная энергия и темная материя, и от клеток к генетической революции, основанной на модели двойной спирали ДНК, а теперь и на технологиях секвенирования ДНК.
Нет никаких сомнений в том, что по мере совершенствования наших инструментов исследования мы можем создавать более подробную картину физической реальности. Однако нас интересует вопрос не о прогрессе, а о пределах. Могут ли технологии продвинуться до точки сбора всей значимой информации о природе, чтобы эффективно ее исчерпать? Вот в чем загвоздка: мы никогда не узнаем. Несмотря на то, что наши инструменты становятся все более мощными, собирая детали в невообразимо малых и больших масштабах, мы никогда не можем быть уверены, что достигли предела того, что находится «там» в мире.
Возможно, полезная аналогия - рыболовная сеть. Мы можем делать его все теснее и теснее и, таким образом, захватывать все более мелкие виды морских обитателей. Но существует предел того, насколько плотной может быть сеть из-за состава ее волокон. По крайней мере, для рыбалки. Жизнь, безусловно, закончится ниже определенного масштаба, но будут также молекулы, атомы и субатомные частицы, некоторые из которых потребуют более сложных подходов для «захвата» и идентификации, по мере того как мы переходим от рыболовных сетей к оптическим микроскопам, к квантовым туннельным микроскопам, к коллайдеры и детекторы частиц.
Странная петля реальности
Если кто-то не может доказать определенную теорему, демонстрирующую, что субатомные частицы достигают конечного более низкого уровня неприводимости или что в фундаментальной природе реальности происходит онтологический сдвиг, как в теории струн, знать, где остановить поиск.
И поскольку стратегии поиска зависят от экстраполяций наших текущих моделей, мы попадаем в своеобразную петлю, где мы можем искать только то, что ожидаем увидеть, подобно легендарному уроборосу, замкнутому на себя, в то время как остальная реальность находится «там», недосягаема.
Конечно, мы не ездим вслепую. По мере того, как мы переходим к субмикроскопическим масштабам, фундаментальная физика дает некоторое представление о том, где могут быть пределы для структуры материала. Наиболее существенное из этих ограничений основано на планковских единицах, принятых в качестве абсолютов для разложения наших текущих описаний физической реальности, основанных на дифференцируемом пространстве-времени и квантовых полях.
Таким образом, мы имеем планковскую длину 1,62 × 10−35 метров, планковское время 5,39 × 10 −44 секунд, а планковская энергия 1,22 × 1019 ГэВ. (ГэВ равен одному миллиарду электронвольт, единице энергии, используемой в физике элементарных частиц. Если мы разделим ее на квадрат скорости света, вспомним, что E=mc2 формула-получаем 1,78 х 10-27 кг, что очень близко к массе протона.) Если это затуманит вам глаза, не переживайте, продолжайте читать кульминацию.
Даже если мы не можем с уверенностью установить, что планковские единицы действительно представляют окончательный предел физического описания, при условии, что они действительно представляют собой, мы быстро понимаем, что наши текущие экспериментальные знания о физике элементарных частиц составляют около 15 порядков. величина прочь. Физики говорят о «пустыне» между этими двумя шкалами энергии, но как мы можем быть уверены? История снова и снова показывает, что каждый раз, когда мы открываем окно в новую шкалу энергии, мы открываем всевозможные чудеса: от видимого мира до клеточного, наноскопического, молекулярного, атомного, ядерного, частиц и…..
Мы по-прежнему не уверены в онтологической структуре природы, описывается ли она фундаментальными квантовыми полями и связанными с ними возбуждениями частиц, вибрирующими струнами или чем-то совершенно другим и неожиданным.
Вопреки тому, что кто-то может подумать, в этом нет ничего плохого: наука - это коллективное усилие, направленное в неизвестное, исследование реальности за ее нынешними пределами. Любопытство и интеллектуальная смелость - его самые важные источники топлива (вместе с финансовой поддержкой, конечно), и мы должны идти на риск, чтобы двигаться вперед.
При помощи наших методов опроса мы улучшаем карту того, что называем реальностью.