Ньютоновская парадигма не может даже начать отвечать на эти два огромных вопроса, поскольку начальные условия и законы в нее подставляются извне. Если физика, в конечном счете, формулируется в рамках Ньютоновской парадигмы, эти большие вопросы останутся тайнами навсегда.
Подумаем над тем, что нам известно о возможном ответе на вопрос: Почему эти законы? Многие теоретики верили, что только одна математически последовательная теория могла бы объединить четыре фундаментальные силы природы — электромагнетизм, сильное и слабое ядерное взаимодействие и гравитацию — в рамках квантовой теории. Если это так, ответ на вопрос Почему эти законы? был бы таким, что только один возможный закон физики мог бы дать начало миру, грубо похожему на наш.
Но эти надежды были разрушены. На сегодня у нас есть хорошие доказательства того, что нет единственной в своем роде теории, включающей все, что мы знаем о природе — в сущности, теории, примиряющей ОТО и квантовую механику. За последние тридцать лет был достигнут большой прогресс в нескольких разных подходах к квантовой гравитации, и они привели к заключению, что в той степени, насколько каждый преуспевает, он делает это таким образом, который вообще не является уникальным. Наиболее изученный подход к квантовой гравитации — петлевая квантовая гравитация, и, как оказалось, она допускает широкий спектр выбора элементарных частиц и сил.
То же самое верно в отношении теории струн, которая также обещала унификацию гравитации и квантовой теории. Имеются свидетельства существования бесконечного числа теорий струн, многие из которых зависят от большого набора параметров — чисел, которые могут быть настроены руками до любых выбранных нами величин. Все эти теории появляются одинаково последовательными математически. Гигантское их число описывает миры со спектром элементарных частиц и сил, грубо подобных нашему миру — хотя, на сегодняшний день, не было сконструировано теории струн, которая точно включала бы в себя Стандартную Модель Физики Частиц.
Исходные надежды теории струн заключались в том, что могла бы быть единственная фундаментальная теория, которая воспроизводила бы Стандартную Модель и давала бы определенные предсказания для наблюдений за пределами последней. В 1986 Эндрю Строминджер открыл, что теория струн бывает в гигантском числе версий, убив указанные надежды
[61]. Именно это побудило меня заинтересоваться, как вселенная могла выбрать свои законы, — и привело к моему окончательному выбору реальности времени.
Так много вопросов без ответа. А что по поводу дилемм
[62]? Когда происходят затруднительные положения, большое их число лежит в сердце обычного понятия закона физики, как это выражено Ньютоновской парадигмой. Что мы имеем в виду, когда называем нечто «законом», так это то, что он применим для большинства случаев; если он применим только к одному случаю, он просто был бы наблюдением. Но любое применение закона к любой части вселенной подразумевает аппроксимацию, как мы видели в Главе 4, поскольку мы должны пренебречь взаимодействием между этой частью и остальной частью вселенной. Так что многие применения законов природы, которые проверяемы, все являются аппроксимациями.
Чтобы применить закон природы без аппроксимации, мы должны применить его к целой вселенной. Но имеется только одна вселенная — а один случай не дает достаточных доказательств для подтверждения притязаний, что применяется особый закон природы. Это может быть названо космологической дилеммой.
Космологическая дилемма не мешает нам применять законы природы — вроде ОТО или законов движения Ньютона — для подсистем вселенной. Они работают, фактически, во всех случаях, и именно поэтому мы называем их законами. Но каждое такое применение есть аппроксимация, основанная на фиктивности рассмотрения подсистемы вселенной, как если бы кроме нее ничего не было
[63]. Также космологическая дилемма не препятствует нам воображать, что история нашей вселенной является решением к некоторому закону, вроде ОТО, с материей, описываемой Стандартной моделью. Но она не объясняет, почему это решение выбрано как единственное, чтобы быть реализованным в природе. Также одно решение не подтверждает, что законы природы, которые существуют, являются комбинацией ОТО и Стандартной модели, поскольку только одно решение могло бы аппроксимировать решения ко многим разным законам
[64].
Приведем пример, чтобы проиллюстрировать, почему закон должен быть проверяем более чем в одном случае, чтобы быть отличимым от простого наблюдения. В семье один ребенок, Мира, которая любит мороженое. Ее любимым является шоколадное — на самом деле первое мороженое, которое она когда-либо попробовала, было шоколадным, и она с тех пор всегда предпочитает именно его.
Родители Миры верят, что имеется всеобщий закон, что все дети любят мороженое. Но без наблюдения любых других детей у них нет способа проверить это, нет способа отличить это от того, что они наблюдали, то есть что Мира любит мороженое. Отец Миры также верит в другой закон, что все дети предпочитают шоколадное мороженое. Пока он отдыхает с рюмкой, когда Мира ушла спать, ее мать выступает с еще одной гипотезой: Все дети предпочитают тот вид мороженого, который они первым попробовали.
Обе возможности согласуются с теми данными, которые у них есть. Они делают различные предсказания, которые могли бы быть проверены путем опроса родителей на детской площадке, следовательно, обе есть возможные законы. Но предположим, что Мира является единственным существующим ребенком. Тогда не будет способа проверить, является ли любая из гипотез ее родителей всеобщим законом или только наблюдением.
Родители Миры могут спорить, основываясь на человеческой биологии, что дети будут любить все, сделанное из сахара и молока, и это придаст силу, по меньшей мере, одному из их предсказаний. Это могло бы быть верно, но их доказательства используют знания, собранные из изучения многих людей. В этом месте аналогия терпит крах, поскольку в космологии имеется исключительно один случай. В научной дискуссии о вселенной нельзя предположить, что она является выделенным случаем из более общего класса, поскольку нельзя утверждать, что характеристики этого класса проверяемы.
Тот факт, что законы, применяемые к подсистемам, должны быть приблизительными, является центральным в космологической дилемме, так что позвольте мне оставить в стороне мороженое и дать простой пример указанного факта из физики. Первый закон движения Ньютона утверждает, что все свободные частицы двигаются вдоль прямых линий. Он был проверен и подтвержден в многочисленных случаях. Но каждая проверка содержит в себе приблизительность, поскольку нет истинно свободных частиц. Каждая частица в нашей вселенной чувствует гравитационные силы от любой другой. Если мы ожидаем точного подтверждения закона, то он не будет применим ни в одном случае.
