Ссылки для упрощенного доступа

logo-print

Какую физику пора отправить на свалку?


Вопрос 2014 года: от какой научной концепции пора отказаться?

Вопрос 2014 года: от какой научной концепции пора отказаться?

Отвечая на "вопрос года" от портала Edge.org физики заочно поспорили, кого из них пора отправить на пенсию

Портал Edge.org ежегодно задает один актуальный вопрос, ответить на который в форме короткого эссе приглашает ведущих мировых ученых, философов, писателей и других публичных интеллектуалов. Вопросом прошлого года был “чего нам следует опасаться?” и почти ровно год назад мы публиковали обзор ответов на него.

Пришло время нового вопроса, и это “Какую научную идею или концепцию пора отправить на свалку?”. Почти двести публичных интеллектуалов прислали свои эссе, в которых высказали зачастую очень смелые идеи, например, отказаться от таких понятий, как культура, раса, здравый смысл и экономический рост. Отдельного внимания заслуживает заочная дискуссия между физиками, широко представленными среди респондентов опроса. Этот неявный спор не смог бы состояться, если бы сообщество физиков не было разделено на два непримиримых лагеря: романтиков и визионеров с одной стороны и прагматиков и защитников строгой, фальсифицируемой в смысле Карла Поппера науки – c другой стороны.

Яркий представитель романтиков – космолог Андрей Линде, профессор Стэнфордского университета и один из авторов инфляционной модели Вселенной (Линде неоднократно становился героем интервью Радио Свобода, в последний раз – в связи с днем рождения Стивена Хокинга). Линде считает, что пришло время отказаться от идеи, что Вселенная однородна, а законы физики одинаковы во всех ее частях.

Хотя однородность наблюдаемой части Вселенной и универсальность законов физики в ней подтверждаются многочисленными экспериментальными данными, Линде уверен, что в тех частях мира, которые находятся за пределами наших наблюдательных возможностей, все может быть совсем иначе.

“Представьте, – пишет Линде, что мы живем на поверхности футбольного мяча, состоящей из белых и черных шестиугольников. Мяч раздувается, и размер каждого шестиугольника увеличивается. Если надувать мяч достаточно быстро, те, кто живут на черном поле, никогда не смогут увидеть белого и будут уверены, что вся Вселенная черна, и постараются найти этому научное объяснение”.

Эта теория, ее называют концепцией мультивселенной, базируется на вполне состоятельной и принятой в научном сообществе инфляционной модели Вселенной (согласно ей, в начальный период своего существования Вселенная стремительно расширялась) и теории струн, уже почти полвека являющейся главным претендентом на то, чтобы объединить квантовую механику и теорию относительности, но так до сих пор и не нашедшей ни одного экспериментального подтверждения. Связь мультивселенной и струн такова: согласно теории струн, в действительности мы живем в девятимерном пространстве (плюс время), но 6 невидимых, лишних измерений особым образом “свернуты” – компактифицированы. Число способов правильным образом компактифицировать ненужные измерения огромно, и это означает, что может существовать очень много, по некоторым оценкам, порядка 10 в 500 степени различных вариантов существования нашего мира с различными законами физики, даже не просто с различными, а с любыми возможными.

Если теория струн все же может быть проверена экспериментально – некоторые надеются, что это произойдет на Большом адронном коллайдере после увеличения его мощности, – то эмпирически проверить, действительно ли мы живем в одном из пузырей мультивселенной, в принципе невозможно: мы никогда не увидим никаких шестиугольников, кроме того, в котором живем. Линде, впрочем, приводит в защиту этой теории любопытный аргумент: известные нам законы физики удивительным образом очень точно и прихотливо устроены именно так, что в нашем мире оказалась возможной жизнь. Окажись, например, соотношение масс электрона и протона хоть немного отличным от того, которое мы наблюдаем, жизнь в известной нам форме просто не могла бы возникнуть. Если считать, что наши законы природы уникальны, пришлось бы допустить счастливую случайность или участие божественного провидения, обеспечившего ради нас очень точные настройки. А если представить, что Линде прав, то мы просто живем в одном из мириадов возможных вариантов Вселенной, как раз в том, в котором и могли возникнуть, – не нужно ни счастливого случая, ни вмешательства высших сил.

Верит в мультивселенную и профессор MIT Сет Ллойд (большое интервью с Сетом Ллойдом на Радио Свобода). Его ответ на вопрос, какое понятие пора отправить на свалку, – “Вселенная”. По мнению Ллойда, мы привыкли считать, что Вселенная – нечто познаваемое (хотя бы принципиально), и от этого наивного представления пришло время отказаться, наша “вселенная” – всего лишь один из громадного числа пузырей.

Отказаться от “Вселенной”, которую принято писать с заглавной буквы, предлагает и сотрудник журнала New Scientist Аманда Гефтер. Идея о единстве мира, в котором мы существуем, приводит к множеству парадоксов, от информационного парадокса черных дыр (или, в более актуальном варианте, так называемого парадокса файервола) до парадокса одновременно живого и мертвого кота Шредингера. Гефтер предлагает отказаться от мысли, что мы живем в какой-то там общей Вселенной. Напротив, с каждым наблюдателем связана его собственная вселенная. Такой подход дает возможность разрешить многие противоречия, например, позволяет объяснить, откуда в квантовой механике берутся вероятности, к которым столь подозрительно относился Эйнштейн, говоривший, что “Бог не играет в кости”. На самом деле, наша вселенная ограничена нашим опытом, а законы физики, в том числе вероятностные законы квантовой механики, – это лишь инструмент, позволяющий наблюдателю прикинуть, с чем ему придется столкнуться в следующий раз.

“Всегда нелегко адаптировать интуицию к странному устройству мира, которое открывается нам благодаря физике. Но не исключено, что нам придется привыкнуть к мысли, что есть “моя вселенная” и есть “твоя вселенная”, но нет никакой Вселенной”, – пишет Гефтер.

Представители романтического лагеря без особого сожаления готовы расстаться с базовыми концепциями современной физики. Космолог Алан Гут (кстати, соавтор Андрея Линде в разработке инфляционной модели) предложил отказаться от идеи, что начальное состояние Вселенной имело очень низкую энтропию (напомним, что, согласно второму началу термодинамики, энтропия Вселенной, как и любой замкнутой системы, не уменьшается), физик Ли Смолин, один из авторов концепции петлевой квантовой гравитации, которую в недавнем интервью Радио Свобода критиковал лауреат Мильнеровской премии Вячеслав Рычков, предложил отринуть идею, что Большой взрыв был начальной точкой отсчета времени.

Проблема в том, что в качества замены устаревшим, на их взгляд, физическим идеям романтики предлагают теории, которые либо сложно, либо принципиально невозможно проверить на опыте. Согласно предложенному в 1935 году австрийским философом Карлом Поппером определению, их вообще нельзя считать научными. Критерий Поппера заключается в том, что теория считается фальсифицируемой, то есть научной, только если она способна делать предсказания, которые можно подтвердить или опровергнуть эмпирически.

Этот водораздел оставался для науки священным на протяжении восьмидесяти лет, однако физик Шон Кэролл из Калифорнийского технологического университета считает, что пришло время отправить его на свалку. В ситуации, когда наши теоретические представления об устройстве мира зашли так далеко, что для их проверки может попросту не хватить всех энергетических возможностей человечества, как в случае теории струн, мы, по мнению Кэролла, должны отказаться от четко проведенной Поппером линии, отделяющей “науку” от “не науки”. Концепцию мультивселенной невозможно экспериментально проверить, но она дает ответ на вопрос о прихотливой настройке законов физики, обеспечивающей существование жизни, а значит, тоже имеет право считаться частью науки. “Если теория струн или концепция мультивселенной помогут нам понять мир, – пишет Кэролл, – они рано или поздно будут приняты. Если они в конечном итоге останутся слишком туманными или на их место придут лучшие теории, что ж, они будут забыты. Познание идет по кривой дорожке, но наш проводник – сама природа”.

Впрочем, среди участников опроса достаточно ученых, которые считают, что от критерия Карла Поппера отказываться ни в коем случае нельзя: “Так было, когда зарождалась современная наука, так должно быть и впредь, – пишет физик Франк Типлер. – Мы должны придерживаться фундаментального принципа, согласно которому только экспериментальное подтверждение является признаком настоящей науки”.

А что в таком случае нужно отнести в мусорное ведро? Нет, не понятие вселенной (или Вселенной), и не идею, что мы живем всего лишь в трех измерениях, не считая времени, а саму теорию струн и тесно связанную с ней концепцию мультивселенной.

“Для каждого, кто следит за современной фундаментальной физикой, –решительно заявляет матфизик из Колумбийского университета Питер Войт, –ответ на заданный edge.org вопрос очевиден: пришло время отправить на пенсию теорию струн. [...] За 40 лет исследований по этой теме были написаны буквально десятки тысяч статей, и в конце концов мы должны заключить, что это была изначально пустая идея. Теория струн не способна сделать никаких предсказаний ни о чем, ведь правильным образом делая 6 из 10 измерений невидимыми, вы можете добиться выполнения любых законов физики”.

Вот изящно сформулированное мнение математика и экономиста Эрика Вайнштейна (о котором мы тоже писали):

“Нужно не столько искать теории, которые не верны, сколько теории, которые тормозят научный прогресс, требуя от ученых преданности, непропорциональной достигнутым в области результатам. И сложно найти на эту роль лучшего кандидата, чем интеллектуальный пузырь, раздувшийся вокруг поисков квантовой гравитации в качестве “единой теории всего”. Вряд ли природа могла бы сделать лучший намек на то, что нам нужно проделать много предварительной работы, прежде чем браться за квантификацию гравитации, чем разрушив мечты о нобелевской премии сразу двух последовательных поколений блестящих наследников Бора“.

Впрочем, Вайнштейн не требует отставки теории струн (или в более общем варианте M-теории), а лишь настаивает, что она должна перестать быть тромбом, сдерживающим движение свежей крови:

“Учитывая ауру исключительности, окружающую исследования в области квантовой гравитации, отправлять на пенсию М-теорию не обязательно и даже вредно. Вместо этого движущий маховик ресурсов, на несколько десятилетий монополизированный исследователями в этой области, должен быть предоставлен кандидатам, способным вдохнуть новую жизнь в исследования. И тогда мы сможем просто подождать и посмотреть, что случится с теорией, которая, лишившись особого отношения, сможет рассчитывать только на поддержку самой природы”.

На этой же стороне баррикады еще один физик из Принстонского университета, Поль Штайнхард. Штайнхард иронически называет концепцию мультивселенной “Теорией Чего Угодно”, потому что согласно этой теории для каждого набора законов физики где-то найдется часть вселенной, или пузырь, или шестиугольник на футбольном мяче, где эти законы выполняются.

“Приоритетная задача для теоретиков – понять, можно ли спасти инфляционную теорию и теорию струн от скатывания в Теорию Чего Угодно, и если это невозможно, найти новые идеи, которые могли бы заменить их. Непроверяемая Теория Чего Угодно для многих кажется более привлекательной, чем настоящие физические теории, поэтому ведущие исследователи в нашем научном поле должны открыто сказать, что Что Угодно науке не нужно, и тогда молодые ученые, возможно, захотят заняться чем-то стоящим”.

Существование внутри физического сообщества двух лагерей ученых, готовых выбросить на свалку друг друга, с одной стороны, типично для науки, а с другой – отражает действительно глубокий кризис, связанный, во-первых, с все расширяющейся пропастью между теорией и экспериментом, а во вторых – с очевидным дефицитом новых фундаментальных идей. Теория струн, на разработку которой в последние годы была потрачена существенная доля лучших интеллектуальных ресурсов человечества, может оказаться пшиком, других новых больших идей нет, и все что остается – красивые фантазии. Возможно, такова объективная реальность – отвечая на вопрос edge.com, космолог из Кембриджа Мартин Рис написал: “Пришло время отказаться от идеи, что наше познание безгранично. Возможности человеческого интеллекта, вероятно, достигли своих границ”.

Показать комментарии

XS
SM
MD
LG