Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей

Физические законы – это сформулированные людьми правила (тоже фактически ограничения) относительно того, как, на их взгляд, функционирует окружающая реальность. Главное чудо состоит в том, что можно сформулировать некоторые правила, которые оказываются эффективными в применении к миру вокруг нас. Это позволяет довольно всерьез полагать, что Вселенная на фундаментальном уровне организована в соответствии с определенными законами. Уже триста с лишним лет мы занимаемся тем, что эти законы угадываем, а успешно угадав, пользуемся ими, например, чтобы запустить самолет или ракету, да и для того, чтобы создать смартфон. Угадыванием правил Вселенной занимается наука. Слово «угадывание» не должно вводить в заблуждение: это требующая определенной квалификации деятельность, подчиненная ряду требований и имеющая свои собственные ограничения.

Сила физических законов в том, что на их основе возможны предсказания (выйдет ли ракета на орбиту; расплавится ли этот проводник; когда будет следующее солнечное затмение). При этом в каждом фундаментальном законе что-то принимается без объяснений – постулируется; предсказательная же способность науки появляется тогда, когда на основе малого числа принятых допущений и никак не объясняемых понятий удается разобраться с большим количеством разнообразных явлений. Научное описание мира является в этом смысле экономным, чтоб не сказать «прижимистым»: постулируется необходимый минимум, остальное должно выводиться из него. Самые фундаментальные допущения не могут иметь других обоснований, кроме возможности вывода из них большого числа следствий, хорошо согласующихся с наблюдаемым миром. Для них не предполагается и никаких объяснений через что-то другое – по той самой причине, что они фундаментальны. Почему

во Вселенной имеется максимальная и абсолютная скорость, мы не знаем, но из этого факта выводится колоссальное число следствий, подтверждаемых практикой; это положение, кроме того, работает во взаимосвязи со множеством других понятий и концепций. Почему движение пробных тел задается геодезическими, мы не знаем, но исходя из этого положения удается количественно объяснить поворот орбиты Меркурия, а более тонкие эксперименты подтверждают ряд других эффектов, которые отсюда следуют. Такова же ситуация и со всеми другими фундаментальными законами природы – до тех пор, пока они не окажутся в конфликте с наблюдениями или пока не появится более фундаментальное понимание, а безответные вопросы не переместятся на более глубокий уровень.

Законы сохранения – это запреты

Законы природы, обладающие «повышенной общностью», называются иногда принципами

, но строгой терминологии здесь нет, и к тому же самые, как мне кажется, фундаментальные принципы традиционно все же носят название законов: это законы сохранения. Законы сохранения – это систематизация и обобщение наблюдений о том, что огромного числа явлений никогда не происходит. Они «кодифицируют» набор запретов: при всем многообразии происходящего во Вселенной, там могут случаться только те явления, при которых выполняется несколько математических равенств «было» = «стало». Здесь подразумевается правило подсчета какой-то величины (выражаемой числами) исходя из известного состояния системы. Сохраняющиеся величины – это те, которые при подсчете по определенным правилам дают одно и то же число, что бы с системой ни происходило: взаимодействие, столкновение, взрыв или любой другой процесс. Независимо от сложности этого взаимодействия или разрушительности взрыва, правила подсчета приводят к одному и тому же числу в любой момент времени. Законов сохранения несколько, одни связаны с движением, а другие нет.