Красота физики: Постигая устройство природы

Эту работу выполнил специально для «Красоты физики» 
Хэ Шуйфа, современный мастер традиционного китайского искусства и каллиграфии, известный энергией 
и нежностью своей кисти и духовной глубиной образов 
природы, цветов и птиц. Перевод надписи звучит примерно так: «Двойная рыбка тайцзи — это сущность 
китайской культуры. Этот рисунок выполнил Хэ Шуйфа 
у озера в начале зимы».
Две играющие рыбки символа тайцзи оживают на рисунке Хэ Шуйфа. Инь и ян напоминают двух карпов, играющих вместе, и мы можем видеть их глаза и даже угадать 
намеки на плавники. В Хэнани, на Желтой реке, есть 
водопад «Ворота нефритового дракона», или «Юйлун 
Мэнь». Карпы пытаются перепрыгнуть порог, хотя им 
это очень трудно сделать, и те, кому удается, превращаются в счастливых драконов. С некоторой долей юмора 
мы можем соотнести это событие с превращением виртуальной частицы в реальную. Это очень важный квантовый процесс, который, как мы сейчас полагаем, лежит 
в основе структуры Вселенной (см. цветные вклейки XX 
и AAA). Мы также можем увидеть в этих карпах себя 
и в их упорстве — наше стремление к истине и поиск 
понимания.

PENGUIN PRESS
NEW YORK
2015

A BEAUTIFUL 
QUESTION

Finding Nature’s Deep Design

FRANK WILCZEK

 

Москва  2016

Перевод с английского

КРАСОТА 
ФИЗИКИ

Постигая устройство природы

ФРЭНК ВИЛЬЧЕК 

УДК 53:111.85
ББК 22.3:87.813
 
В46

Переводчики Виктория Краснянская, Мария Томс
Научные редакторы Андрей Варламов, д. ф.-м. н.;
Сергей Парновский, д. ф.-м. н.
Редактор Игорь Лисов

Вильчек Ф. 
Красота физики: Постигая устройство природы / Фрэнк Вильчек ; Пер. 
с англ. — М.: Альпина нон-фикшн, 2016. — 604 с.

ISBN 978-5-91671-486-9 

Верно ли, что красота правит миром? Этим вопросом на протяжении 
всей истории человечества задавались и мыслители, и художники, и ученые. 
На страницах великолепно иллюстрированной книги своими размышлениями о красоте Вселенной и научных идей делится Нобелевский лауреат Фрэнк 
Вильчек. Шаг за шагом, начиная с представлений греческих философов и заканчивая современной главной теорией объединения взаимодействий и направлениями ее вероятного развития, автор показывает лежащие в основе 
физических концепций идеи красоты и симметрии. Герои его исследования — 
и Пифагор, и Платон, и Ньютон, и Максвелл, и Эйнштейн. Наконец, это Эмми 
Нётер, которая вывела из симметрий законы сохранения, и великая плеяда 
физиков XX в. В отличие от многих популяризаторов, Фрэнк Вильчек не боится формул и умеет «на пальцах» показать самые сложные вещи, заражая нас 
юмором и ощущением чуда.
УДК 53:111.85
ББК 22.3:87.813

В46

Все права защищены. Никакая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме 
и какими бы то ни было средствами, включая размещение в сети Интернет и в корпоративных сетях, а также запись в память ЭВМ для частного или публичного использования, без письменного разрешения владельца 
авторских прав. По вопросу организации доступа к электронной библиотеке издательства обращайтесь по 
адресу mylib@alpina.ru.

ISBN 978-5-91671-486-9 (рус.)
ISBN 978-1-59420-526-2 (англ.)

© Frank Wilczek, 2015
 
All rights reserved.
© Издание на русском языке, перевод, оформление. 
ООО «Альпина нон-фикшн», 2016

Фонд некоммерческих программ «Династия» основан в 2002 году Дмитрием Борисовичем Зиминым, почетным президентом компании «Вымпелком».
Приоритетные направления деятельности Фонда — поддержка фундаментальной 
науки и образования в России, популяризация науки и просвещение.
«Библиотека Фонда «Династия» — проект Фонда по изданию современных научнопопулярных книг, отобранных экспертами-учеными.
Книга, которую вы держите в руках, выпущена под эгидой этого проекта.

Издание подготовлено при поддержке
Фонда Дмитрия Зимина «Династия»

СОДЕРЖАНИЕ

РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ .................................................. 7

ВОПРОС ......................................................................................... 9

ПИФАГОР I: МЫСЛЬ И ОБЪЕКТ ................................................. 27

ПИФАГОР II: ЧИСЛО И ГАРМОНИЯ ........................................... 39

ПЛАТОН I: СТРУКТУРА ИЗ СИММЕТРИИ — ПЛАТОНОВЫ ТЕЛА ...51

ПЛАТОН II: ВЫЙТИ ИЗ ПЕЩЕРЫ ............................................... 71

НЬЮТОН I: МЕТОД И СУМАСШЕСТВИЕ .................................... 95

НЬЮТОН II: ЦВЕТ ..................................................................... 111

НЬЮТОН III: ДИНАМИЧЕСКАЯ КРАСОТА ............................... 123

МАКСВЕЛЛ I: ЭСТЕТИКА БОГА ................................................ 143

МАКСВЕЛЛ II: ДВЕРИ ВОСПРИЯТИЯ ....................................... 171

ПРЕЛЮДИЯ К СИММЕТРИИ ..................................................... 199

КВАНТОВАЯ КРАСОТА I: МУЗЫКА СФЕР ................................. 203

СИММЕТРИЯ I: ДВА ШАГА ЭЙНШТЕЙНА ............................... 237

КВАНТОВАЯ КРАСОТА II: ПРОЦВЕТАНИЕ ............................... 249

СИММЕТРИЯ II: ЛОКАЛЬНЫЙ ЦВЕТ ....................................... 263

КВАНТОВАЯ КРАСОТА III: КРАСОТА В ОСНОВЕ ПРИРОДЫ ... 267

СИММЕТРИЯ III: ЭММИ НЁТЕР — ВРЕМЯ, ЭНЕРГИЯ 
И ЗДРАВОМЫСЛИЕ ...................................................................... 331

КВАНТОВАЯ КРАСОТА IV: ДОВЕРЯЕМ КРАСОТЕ ..................... 349

КРАСИВЫЙ ОТВЕТ? .................................................................. 381

Благодарности .................................................................... 391
Хронология ........................................................................... 393
Термины ............................................................................... 401
Примечания ......................................................................... 555
Рекомендованная литература ............................................ 571
Иллюстрации ...................................................................... 577
Предметно-именной указатель .......................................... 581

Моей семье и друзьям

РУКОВОДСТВО 
ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

• «Временны е ряды» по большей части концентрируются 
на событиях, затронутых или упомянутых в книге. Они 
для того, для чего обычно бывают временные ряды (хронология событий). Они не должны быть и не являются 
полной историей чего-либо.
• Раздел «Термины» содержит определения, объяснения 
и обсуждения ключевых терминов и понятий, встречающихся в основном тексте. Как вы можете догадаться 
по его размеру, это больше, чем просто глоссарий. Он 
включает альтернативный взгляд на многие идеи в тексте, а некоторые из них развивает в других направлениях.
• Раздел «Примечания» содержит материал, который 
мог бы в случае научной книги или статьи помещаться 
в подстрочных примечаниях. Он одновременно уточняет текст и содержит дополнительные технические ссылки 
по некоторым вопросам. Также в этом разделе вы найдете пару стихотворений.
• Короткий раздел «Рекомендуемая литература» — это 
не банальный список научно-популярных книг или учебников, а тщательно подобранный набор рекомендаций для дальнейших изысканий в духе книги, с упором 
на первоисточники.

КРАСОТА ФИЗИКИ

Я надеюсь, вы уже насладились оформлением обложки 
и фронтисписом, которые превосходно задают тон нашей медитации.
Также есть «Руководство пользователя», но это вы и так знаете.

ВОПРОС

Эта книга — длинная медитация, или размышление, 
над одним-единственным вопросом:
«Воплощает ли наш мир красивые идеи?»
Наш Вопрос может показаться странным. Идеи — это одно, 
а физические тела — совсем другое*. Что значит «воплощать» 
в применении к «идее»?
Воплощение идей — задача творческих людей. Начиная 
с призрачных замыслов, художники создают физические объекты (или квазифизические произведения, такие как музыкальные партитуры, которые затем преобразуются в звуки). 
Значит, наш Вопрос близок к следующему:
«Является ли мир произведением искусства?»
Поставленный таким образом, наш Вопрос приводит нас 
к другим вопросам. Если мир можно считать произведением 
искусства, хорошо ли удалось это произведение? Красив ли 
наш физический мир, если считать его произведением искусства? Для познания нашего физического мира мы призываем 
на помощь работы ученых, но, чтобы отдать должное нашим 
вопросам, мы также должны обратиться к проницательности 
и достижениям художников-импрессионистов.

* В английском языке слово «воплощать» происходит от корня body, т.е. 
«тело», а не от «плоти», как в русском. — Прим. пер.

КРАСОТА ФИЗИКИ

ДУХОВНАЯ КОСМОЛОГИЯ

Наш Вопрос выглядит наиболее естественным в рамках духовной космологии. Если сильный и могущественный 
Творец создал мир, возможно что Им — или Ею, или Ими, 
или Этим — руководило именно желание создать что-то красивое. Эта идея представляется естественной, но, несомненно, 
не является общепринятой для большинства религиозных традиций. Создателю приписывали множество мотивов, но редко 
можно заметить среди них творческие амбиции.
В авраамических религиях общепринятой доктриной считается, что Творец намеревался воплотить некоторую смесь 
добродетели и праведности, а также создать памятник своему великолепию. Анимистические и политеистические религии предусматривают наличие существ и богов, которые создают разные части физического мира и управляют ими по самым 
разнообразным причинам — от благожелательности до похоти 
и до беззаботного восторга.
В теологии более высокого уровня иногда говорят, что мотивы Создателя настолько грандиозны, что ограниченный человеческий интеллект не может надеяться их постичь. Вместо 
этого нам даны частичные откровения, в которые надо верить, 
а не понимать. Или, возможно, Бог — это Любовь. Ни одна 
из этих общепринятых теорий, противоречащих друг другу, 
не предлагает убедительных причин, чтобы ожидать, что мир 
воплощает красивые идеи; так же они и не предполагают, 
что нам следует стремиться обнаружить такие идеи. Красота 
может быть частью их истории создании мира, но обычно это 
побочная часть вопроса, а не его суть.
Тем не менее многие творческие личности находили вдохновение в идее о том, что Создатель мог быть, кроме всего прочего, художником, чьи эстетические мотивы мы способны понять 
и разделить, — или даже в дерзком предположении, что Создатель — главным образом художник. Такие личности затрагивали наш Вопрос в его разнообразных и меняющихся формах 

ВОПРОС

в течение многих веков. Вдохновленные этим, они создали глубокую философию, великие науки, выдающиеся литературные 
произведения и поразительные скульптуры. Некоторые создали произведения, в которых сочетается несколько перечисленных свойств или даже все. Эти работы — золотая жила, проходящая через всю нашу цивилизацию.
Галилео Галилей положил красоту физического мира в основу своей собственной глубокой веры и всем ее рекомендовал:

Величие и торжество Бога изумительно сияет во всех Его 
творениях, и именно оно читается прежде всего в раскрытой книге небес.

…И так же поступили Иоганн Кеплер, Исаак Ньютон 
и Джеймс Клерк Максвелл. Для всех этих исследователей найти красоту, воплощенную в физическом мире, отражающую 
величие Бога, было целью поисков. Это вдохновляло их работу и освящало их любознательность. И благодаря их открытиям их вера вознаграждалась.
В то время как наш Вопрос находит поддержку в духовной 
космологии, он заслуживает внимания и сам по себе. И хотя 
положительный ответ может внушить божественную интерпретацию, она не обязательна.
Мы вернемся к этим мыслям к концу нашей медитации, 
и к тому времени мы будем гораздо лучше подготовлены, чтобы оценить их. А пока пусть мир говорит сам за себя.

ГЕРОИЧЕСКИЕ ПРИКЛЮЧЕНИЯ

Как у искусства, так и у представления о мире как о произведении искусства есть история и развивающиеся стандарты. 
В истории искусства мы привыкли к идее о том, что уже созданные направления не устаревают: принадлежащие к ним 
произведения по-прежнему приносят наслаждение, а кроме