Дао физики. Исследование параллелей между современной физикой и восточной философией - Фритьоф Капра

Когда идея бутстрапа формулируется в научном контексте, она оказывается ограниченной и приблизительной. И основная причина в том, что здесь рассматриваются только сильные взаимодействия. Поскольку силы, участвующие в них, в сотни раз превышают силы электромагнитных взаимодействий и на много порядков — силы слабых и гравитационных взаимодействий, мы миримся с этой приблизительностью и она нам не мешает. Научный бутстрап имеет дело только с сильно взаимодействующими частицами, или адронами, поэтому его часто называют «адронным бутстрапом». Эта модель, сформулированная в рамках теории S-матрицы, ставит основной целью рассмотрение всех свойств адронов и их взаимодействий как проявлений требований всеобщей согласованности. Единственные «фундаментальные законы», допускаемые в этой модели, — перечисленные в предыдущей главе общие принципы построения S-матрицы, которые полностью обусловлены нашими методами наблюдения, а значит, представляют собой обязательный контекст всех научных методов. Другие свойства S-матрицы могут быть временно постулированы в качестве «фундаментальных принципов», но в итоговом варианте полной теории они должны будут превратиться в следствия принципа всеобщей согласованности. К числу таких постулатов может относиться, в частности, утверждение о том, что все адроны образуют последовательности, которые могут быть описаны при помощи формализма Редже.

Исходя из теории S-матрицы, гипотеза бутстрапа предполагает, что полная S-матрица — и все свойства адронов — определяется только общими принципами: ведь существует только одна S-матрица, соответствующая всем этим трем принципам. Это предположение подтверждается тем, что физикам никогда не удавалось построить математическую модель, которая одновременно удовлетворяла бы требованиям всех трех принципов. Если принять точку зрения гипотезы бутстрапа, исходящей из того, что согласованная S-матрица должна учитывать все свойства и взаимодействия адронов, причина неудачи физиков в построении частичной S-матрицы становится понятной.

Взаимодействия субатомных частиц настолько сложны, что сейчас невозможно сказать, насколько высока вероятность создания полностью самосогласованной S-матрицы. Но мы можем предвидеть появление частных успешных моделей меньшего масштаба. Каждая из них будет посвящена отдельному разделу физики частиц, что сделает неизбежным использование некоторых необъясняемых параметров, отражающих ограниченность этих моделей. Но эти параметры могут получить объяснение в новых моделях. Постепенно всё больше явлений может получать полное описание при помощи целой мозаики «подходящих» друг другу моделей со всё меньшим числом необъясненных параметров. Получается, слово «бутстрап» относится не к отдельной модели, а ко всей совокупности взаимозависимых моделей, ни одна из которых не имеет более фундаментального значения, чем остальные. По словам Чу: «Физик, способный принимать во внимание несколько различных успешных частных моделей, не отдавая предпочтения ни одной из них, автоматически становится носителем бутстрап-философии — бутстраппером»[265].

Несколько таких частных моделей уже сформулированы. Они доказывают, что программа бутстрапа будет вскоре выполнена. В области адронов главной проблемой теории S-матрицы и гипотезы бутстрапа всегда было объяснение строения кварков. Не так давно бутстрап не позволял объяснить поразительные закономерности в этой области, что было основной причиной недоверия ученых к нему. Большинство физиков предпочитали использовать кварковую модель, которая обеспечивала если не последовательное объяснение, то по крайней мере достоверное описание этих закономерностей. Но в конце 1970-х ситуация резко изменилась. Несколько важных достижений теории S-матрицы привели к заметному прогрессу, позволив прийти к тем же выводам, которые составляют основное содержание кварковой модели, но без необходимости постулировать существование физических кварков (см. послесловие). Среди сторонников теории S-матрицы эти открытия встретили горячую поддержку и взрыв энтузиазма, и сообществу физиков придется кардинально изменить свое отношение к теории бутстрапа.

Взгляд на адроны, характерный для теории бутстрапа, часто описывают двусмысленной фразой: «Каждая частица содержит в себе все остальные». Но отсюда не следует, что каждый адрон действительно содержит все остальные подобные частицы — в классическом, статическом смысле. Адроны скорее «включают», или «затрагивают» друг друга в динамическом, вероятностном понимании, характерном для теории S-матрицы: каждый адрон является потенциальным «связанным состоянием» всевозможных частиц, в результате взаимодействия которых он может образоваться. В этом смысле все адроны — структуры, состоящие из адронов, причем ни один из них не может быть признан более элементарным, чем остальные. Силы притяжения, благодаря которым образуются такие структуры, проявляются в форме обменов частицами, причем частицы, принимающие участие в таких процессах, тоже оказываются адронами. Каждый адрон может выступать в трех разных амплуа: быть составной структурой; входить в состав другого адрона и участвовать в обмене между компонентами структуры, т. е. выступать в качестве силы, связывающей такую структуру. Ключевое понятие в этом описании — «кроссинг». Целостность каждого адрона обеспечивается за счет обмена сил, связанных с его обменами с другими адронами через кросс-канал, причем каждый из последних, в свою очередь, сохраняет целостность благодаря силам, частично порожденным первым, исходным адроном. Каждая частица принимает самое активное участие в создании других, «каждая частица помогает порождать другие частицы, которые, в свою очередь, порождают ее»[266]. Так порождает себя целая группа адронов; она «стягивает» воедино себя (английское слово bootstrap физики часто трактуют как «шнуровка», т. е. стягивание). Таким образом, основное положение теории бутстрапа сводится к тому, что его сложный механизм самодетерминирован, может функционировать только одним определенным образом и никак иначе. И есть лишь один самосогласованный набор адронов: тот, что существует в природе.

В адронном бутстрапе все частицы динамично состоят друг из друга, и отношения между ними характеризуются самосогласованностью. Это позволяет утверждать, что адроны «содержат» друг друга. В махаянистском буддизме очень схожее понятие используется по отношению ко всей Вселенной. Космическая сеть пронизывающих друг друга вещей и событий изображается в «Аватамсака-сутре» в рамках ее сравнения с сетью Индры — огромной сетью из драгоценных камней, нависающей над дворцом бога Индры. Обратимся к тексту сэра Чарльза Элиота.