Законы устанавливаются в лабораториях, занимающих несколько кубометров, но считаются применимыми ко всей Вселенной. На выработку их формулировок уходит время, сравнимое с продолжительностью человеческой жизни, но мы уверены, что они действуют на промежутках времени, примерно равных вечности. Для такой уверенности есть кое-какие основания – и все же надо проявлять некоторую осторожность и не отдаваться им совсем уж беззаветно.
На микроскопически малых масштабах непосредственного человеческого опыта, за крохотную часть времени существования Вселенной и в исчезающе маленькой доле ее объема законы природы оказываются неизменными, где бы и когда бы мы их ни проверяли, – по крайней мере, в пределах Земли. На масштабах, превышающих границы человеческого опыта, эти законы проверяются благодаря способности астрономов наблюдать явления на громадных расстояниях от Земли, в других галактиках и соответственно в глубоком прошлом. Если только на огромных расстояниях в пространстве и во времени отклонения от законов каким-то загадочным образом не компенсируют друг друга ровно настолько, чтобы сбить нас с толку, мы можем сказать, что никаких отклонений от установленных на Земле законов во Вселенной не зарегистрировано. И раз этого не происходило за те краткие миллиарды лет, что остались в прошлом, нет никаких причин подозревать, что ныне действующие законы изменятся и за похожее время в будущем. Конечно, вполне может случиться, что в течение следующих нескольких триллионов лет, – а может, и завтра в полночь – ныне скрытые от нас измерения пространства-времени, которые, как некоторые подозревают, таятся в его глубинах, вдруг развернутся, объединившись с горсточкой привычных нам измерений, и изменят избитую реальность нашего мира до полной неузнаваемости. Этого мы не знаем. Но в один прекрасный день – такова сила законов природы – мы, возможно, сможем это предсказать на основе тех законов, которые выводим сегодня. Ибо законы природы несут в себе и зародыш своей отмены.
Почти все – но не все – законы представляют собой приближения, даже когда они касаются сущностей, изолированных от внешних и случайных воздействий (той самой грязи). Позвольте указать здесь на одну историческую фигуру и на первый из ряда малых и простых законов, которые я буду использовать, чтобы иллюстрировать свои мысли. (Позже я укажу на различие между «большими» и «малыми» законами; этот закон относится к числу малых.) Роберт Гук (1635–1703), очень умный, изобретательный и трудолюбивый ученый, предложил закон, относящийся к растяжению пружин [3]. Как было принято в те времена, он записал свой закон в виде анаграммы – это делалось, чтобы «застолбить» свой приоритет, но при этом выиграть время на изучение следствий из сделанного открытия, не опасаясь, что тебя кто-то обгонит и опубликует тот же результат раньше. И вот в 1660 году Гук опубликовал загадочную шифровку ceiiinosssttuv – как впоследствии оказалось, она значила Ut tensio, sic vis [4]. На более прямом языке сегодняшнего дня закон Гука утверждает, что возвращающая сила (сила упругости), возникающая в пружине, пропорциональна тому, на сколько линейных единиц эта пружина растянута или сжата. Закон очень хорошо описывает поведение не только реальных пружин, но и действующих по тому же принципу связей между атомами и молекулами; у него оказалось несколько удивительных следствий, о которых совершенно не подозревали ни сам Гук, ни даже его современник Ньютон. И однако же этот закон является всего лишь приближением, – если пружину растянуть на очень большое расстояние, пропорциональность между силой и растяжением нарушится, даже если вы остановитесь прежде, чем пружина лопнет: ceiiinnnoosssttuv. Тем не менее, если не забывать о том, что закон Гука работает только для малых растяжений, он вполне адекватен.
Но законы могут быть и точными. Например закон сохранения энергии, который состоит в том, что энергия не может быть создана или уничтожена: она может только переходить из одной формы в другую, но общее количество энергии, которое есть у нас на сегодняшний день, останется таким же навеки и всегда было таким в прошлом. Этот закон имеет такую силу, что на его основании можно совершать открытия. В 1920-х было замечено, что при ядерном распаде определенного вида энергия как будто не сохраняется. И так как явление было совершенно новым и неизученным, появилось предположение, что это и вправду так. Альтернативная точка зрения, предложенная в 1930 году австрийским физиком-теоретиком Вольфгангом Паули (1900–1958), заключалась в том, что энергия сохраняется, но часть ее уносится пока неизвестными частицами. Это предположение стимулировало поиски таких частиц, и в итоге была зарегистрирована новая элементарная частица – нейтрино. Как мы еще увидим, закон сохранения энергии глубочайшим образом связан с самим фактом познаваемости Вселенной – в нем коренится принцип причинности, сама идея, что одно событие может быть причиной другого. Потому этот закон, по сути, лежит в основе всех объяснений. Для нашего последующего повествования он будет значить очень много.
3
Согласно закону Гука,
4
В переводе с латинского – «каково растяжение, такова и сила», т. е. «растяжение пружины пропорционально приложенной силе».