Ли Смолин - Неприятности с физикой: взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует

• Название: Неприятности с физикой: взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует
• Автор: Ли Смолин
• Издательство: Penguin Book
• Жанр: Физика
• Год: 2007
• ISBN: 9780713997996

Ли Смолин

Неприятности с физикой : взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует

Перевод Юрий Артамонов 2007 г.

Перевод с английского издания:

Penguin Book, London, 2007; ISBN 9780713997996

The trouble with physics: the rise of string theory, the fall of a science, and what comes next / Lee Smolin.

Houghton Mifflin, Boston, 2006

ISBN 9780618551057 0618551050

Аннотация.

Новая книга Ли Смолина "Неприятности с физикой…" эмоционально противоположна восторженному энтузиазму книг Брайана Грина. У современных теорий переднего края (прежде всего, у теории струн) есть немалые проблемы, и честный разговор о них служит этаким ведром холодной воды на горячие головы. Ли Смолин известен как один из отцов-основателей теории петлевой квантовой гравитации – главного конкурента струнного подхода, – а также как автор книг Life of the Cosmos (1997) и Three Roads to Quantum Gravity (2001), в России не издававшихся. Книга местами не проста для осмысления, но весьма информативна. В ней в одном месте собраны самые последние результаты, которые неспециалисту было бы нелегко найти по первоисточникам. В первых трех частях книги оценивается состояние фундаментальной физики под тем углом, что теория струн зашла в тупик, приводятся свежие экспериментальные данные, не находящие объяснения в ее рамках. Четвертая часть посвящена организации (западной) академической науки и социальным причинам стагнации в области фундаментальной физики. Конечно, излагаемые в книге взгляды субъективны и иногда выглядят еретическими. История, как всегда, рассудит.

---

Имеется другая история, более похожая на историю Барбура. Антони Валентини начал со студенческой степени в Кембридже, как и Барбур. Затем он несколько лет путешествовал по Европе, пока, наконец, не осел в Триесте, чтобы обучаться у Денниса Сиамы, который в Кембридже руководил обучением или подготовкой диссертаций Стивена Хокинга, Роджера Пенроуза, Мартина Риса, Джорджа Эллиса и некоторых других релятивистов и космологов. Позже в своей карьере Сиама переместился в Триест и основал астрофизическую группу в новом итальянском институте, названном SISSA (Scuola Internationale Superiore di Studi Avanzati – Высшая международная школа прогрессивных исследований). Валентини был одним из последних студентов Сиамы, и он не работал в астрофизике, вместо этого он занялся работой над квантовой теорией, основываясь на сильном ощущении, что она не имеет смысла. Он изучил старую идею, впервые разработанную Луи де Бройлем в 1920х, именуемую теория скрытых переменных, в соответствии с которой имеется единственная реальность, скрытая за уравнениями квантовой теории. Идея скрытых переменных десятилетиями подавлялась, – несмотря на поддержку Эйнштейна, Шредингера и других, – частично вследствие ложного доказательства, опубликованного Джоном фон Нейманом в 1932, что такие теории не могут существовать. Ошибка была, наконец, вскрыта в начале 1950х квантовым теоретиком Дэвидом Бомом, который затем пересмотрел теорию де Бройля. Валентини сделал новую и очень важную модификацию теории скрытых переменных, первое усовершенствование теории за десятилетия. Большинство его статей на эту тему были отвергнуты физическими журналами, но их содержание сегодня широко признано среди специалистов, которые работают над основаниями квантовой механики.

Сиама сделал все, что мог, чтобы поощрить и помочь Валентини, но не было академических позиций, доступных как в Италии, так и в англо-говорящем мире для того, чья работа была сосредоточена на фундаментальных проблемах. Сиама посоветовал Валентини, что если ему не удается опубликовать свой растущий объем результатов в журналах, он должен написать книгу о них. Не имея должности, Валентини переехал в Рим, где, наконец, закрепился в качестве постдока в Университете Рима. Когда это прошло, он остался в Риме еще на шесть лет, влюбившись в город и одну из его обитательниц, поддерживая себя частными уроками и, тем временем, развивая свою теорию и занося результаты в свою книгу.[13]

Хотя многие ведущие физики признают в частном порядке опасения по поводу квантовой механики, их публичная позиция такова, что ее проблемы были решены в 1920е. Научной оценки более поздних работ по ее основаниям не существует, но я знаю, что со времен, по меньшей мере, 1950х ведущие журналы только очень выборочно публикуют статьи на эту тему, одновременно некоторые журналы установили политику исключения таких статей. Субсидирующие организации и главные правительственные фонды обычно не поддерживают эту работу,[14] департаменты университетов склонны не предлагать работу людям, которые занимаются этой темой.

Это общее упрямство частично является результатом перехода от революционной науки к нормальной науке в 1940е. Как и в политической революции, мятежи подавляются, если революция консолидирует свои достижения. В ранние годы было несколько соперничающих взглядов и идеологий по поводу интерпретации квантовой теории. К 1940м одна идеология победила. Из уважения к лидерству Нильса Бора она была названа Копенгагенской интерпретацией. Бор и его последователи приняли участие в прекращении дебатов, и я был бы не удивлен, узнав, что они использовали рычаги академической политики, чтобы сделать это; с учетом их участия в изобретении ядерного оружия они определенно имели хорошие шансы на успех. Но даже те, кто не заботился об идеологии, а хотел только приблизить ход нормальной науки, имели мотивы, чтобы придушить дебаты по этой теме. Квантовая теория достигла великих успехов с практической и экспериментальной стороны, и те, кто выковал эти успехи, не захотели озаботиться ноющими сомнениями тех, кто продолжал беспокоиться, что имеются глубокие проблемы с тем, как теория была сформулирована и интерпретирована. Пора было идти дальше.

У тех, кто упорно продолжал сомневаться, было несколько выборов. Некоторые переквалифицировались в философов и стали публиковать длинные ученые рассуждения в философских журналах. Они создали небольшую субкультуру, которая, по меньшей мере, поддерживает дебаты в живых. Немногие, кто имел математический талант, получили работу в математических департаментах, где они публикуют формальные строгие труды по альтернативам к общепринятой формулировке квантовой механики. Другие – кое-кто из лучших людей в указанной области – нашли профессорство в небольших колледжах, где вам не было необходимости получать исследовательские гранты. Некоторые другие сделали физические карьеры, основываясь на работе в других областях, и время от времени работали над квантовой механикой в качестве некоторой разновидности хобби.

Одним их таких "хоббитов" был Джон Стюарт Белл, который открыл в начале 1960х ключевую теорему по поводу теорий со скрытыми переменными. Он построил свою карьеру на хорошей работе в физике частиц, но сегодня, через несколько лет после его смерти ясно, что его самым важным вкладом была его работа по квантовой теории. Белл временами цитируется как говоривший, что необходимо было делать нормальную науку и только 10 процентов своего времени тратить на озабоченность по поводу квантовой теории. Когда появилось это изречение, мой коллега по Пограничному институту Люсьен Харди попытался порассуждать на тему, насколько больший вклад в науку мог бы внести Белл, если бы он больше времени уделял той области, где он оказал наибольшее влияние, – за исключением того, что тогда он, вероятно, совсем не имел бы работы.

Не удивительно, что в течение этого периода в основаниях квантовой механики был сделан минимальный прогресс. И как могло быть иначе? Конечно, часто находились достаточные основания, чтобы не приглашать на работу, не финансировать или не публиковать тех немногих людей, кто делал прогресс.

Теперь мы знаем, насколько не правы были скептики. Около двадцати лет назад Ричард Фейнман и некоторые другие поняли, что мы могли бы сделать новый вид компьютеров с существенным использованием квантовых явлений. Предложение почти совершенно не исследовалось до более детального плана квантового компьютера, которое было сделано в 1985 Дэвидом Дойчем, в настоящее время работающим в Центре квантовых вычислений в Оксфорде.[15] Нет более основательного мыслителя, чем Дойч; он был мотивирован на изобретение квантовых компьютеров своей тревогой по поводу фундаментальных проблем как в математике, так и в квантовой теории. Истинно оригинальным и ясным мыслителем он выступил в своей провокационной книге Ткань реальности,[16] в которой он детально обдумал свои много-мировые теории. Я не согласен со многим из того, что он пишет, но я люблю эту книгу.

В 1994 Петер Шор из Массачусетского технологического института, который тогда был ученым по компьютерам в Лаборатории Белла, нашел замечательный результат, что достаточно большой квантовый компьютер мог бы быть в состоянии взломать любой существующий шифр. С тех пор в область квантовых вычислений полился поток денег, поскольку правительства не хотели быть последними, чтобы их шифры взломали. Эти деньги поддержали новое поколение молодых, очень умных ученых – физиков, компьютерщиков и математиков. Он создали новую область на стыке физики и компьютерной науки, важная часть из которой содержит переосмысление оснований квантовой механики. Неожиданно квантовые вычисления стали горячей областью с большим количеством новых идей и результатов. Некоторые из этих результатов имеют отношение к основаниям, и многое могло бы быть открыто в любой момент с 1930х. Это ясный пример того, как подавление области исследований академической политикой задерживает прогресс на десятилетия. В 1999 после семи лет изоляции в Риме Антони Валентини вернулся назад в родительский дом в Лондоне. Его семья эмигрировала из небольшой деревни в Аббруззо; они приобрели маленький магазин и были готовы поддержать его в его работе, пока это возможно. Я встретился с ним в этот год, когда я был приглашенным профессором в Империал колледже, и после обсуждения с Кристофером Исхамом, возглавляющим здесь теорию групп, мы решили предложить ему постдока и привести его обратно в науку. Мы смогли сделать это, поскольку я имел неожиданную и щедрую поддержку от донора, который оказался озабоченным основаниями квантовой механики. Я чувствовал, что поддержка Валентини как поддержка одного из немногих людей, которая обеспечивает, что он мог бы сделать вклад в новые и важные результаты в данной области, приведет к тому, что деньги будут хорошо использованы. Если бы я поддерживался только средствами от Национального научного фонда, я не смог бы сделать это. Как ни щедр был Национальный научный фонд по отношению ко мне в моей работе по квантовой гравитации, разделение гранта с постдоком, работающим над основаниями квантовой теории, могло бы испортить шансы финансирования в будущем.