Физика по своей природе не предназначена для поисков великого объединения

в 8:46, , рубрики: Научно-популярное, научный метод, теория великого объединения, теория струн, физика

image

В физике нам нравятся простые и широко применимые теории. Под «простотой» физики обычно имеют в виду математическую теорию, опирающуюся на минимально возможное число постулатов. Под «широкой применимостью» мы имеем в виду теории, способные объяснить широкий класс явлений, пусть и не связанных между собою на первый взгляд. Классический пример – общая теория относительности Эйнштейна. Она зиждется на небольшом количестве простых принципов, и успешно объясняет орбиты планет в этой и любой другой солнечной системе, чёрные дыры, гравитационные волны и расширение Вселенной.

Когда теории получаются простыми и широко применимыми, физики называют их «красивыми». Нобелевские лауреаты Стивен Вайнберг и Фрэнк Уилчек сравнивали такие теории с произведениями Моцарта, с мастерски сделанными идеальными конструкциями, в которых каждая нота, будто бы по замыслу бога находится на своём месте: удалите одну, и композиция разрушится. Так и красивые теории обладают математической целостностью, будто открывающей некую глубокую природную истину, своего рода скрытый код Творения. У Вселенной есть много слоёв, от самых крупных до самых малых, каждый из которых описан своей математикой. Но являются ли они частью более крупной композиции, единой объединяющей тональности, резонирующей сквозь всю природу?

Так надеются все физики, ищущие финальную теорию, которая сплетёт вместе множество слоёв физической реальности в одну математическую целостность. Мы можем называть её предельной мечтой Платона, поиском единой простой и широко применимой теории. За последние 40 лет эти поиски вдохновили множество умнейших учёных мира. Но сегодня нам уже видятся ограничения этого желания свести природу к математике, возникающие из-за недостатка экспериментального подтверждения и нескольких теоретических препятствий – включая возможность существования множественных вселенных и связанными с ними трудными вопросами.

Современное представление о поисках объединения – это теория струн, предполагающая, что фундаментальные сущности природы представляют собой вибрирующие трубочки энергии, а не точечные частицы материи. Различные вибрации соответствуют различным наблюдаемым нами частицам, точно так же, как различные вибрации струны скрипки соответствуют различным звукам. Когда я в середине 1980-х занялся теоретической физикой, главной нашей задачей был поиск уникального решения теории струн: нашей Вселенной, со всеми её частицами и взаимодействиями. Мы верили в скорый успех, в то, что природа и правда была математическим кодом в 10-мерном пространстве-времени, в девяти пространственных и одном временном измерении. В идеале шесть скрытых пространственных измерений должны были определять физику, наблюдаемую нами в трёх обычных: перегните их в одну сторону, получите одну вселенную; перегните в другую, получите другую. Притягательность заключалась в уникальности решения – одна геометрия для дополнительных измерений, которая сообщила бы нам всё необходимое. Ни одна теория не могла быть проще, обширнее и красивее.

Увы, этому не суждено было случиться. Перемотаем на три десятилетия вперёд и обнаружим, как всё радикально поменялось. Физики были ошарашены тем, что вместо единого решения их нашлось великое множество – по некоторым прикидкам единица с 500 нулями, каждое из которых предлагает свой вариант дополнительных измерений, свой вариант вселенной. Предполагается, Что в каждой из них существует свой набор фундаментальных констант, таких величин, как масса электрона и его заряд, сила гравитационного притяжения – величин, определяющих физические свойства природы. И где же наша Вселенная среди этого многообразия возможностей? Нам известно, что если немного подправить эти константы, жизнь стала бы невозможной – нас бы здесь не было. Иначе говоря, мы живём там, где живём, поскольку не могли бы жить где-либо ещё – наша Вселенная одна из немногих, позволяющих нам существовать. Это, конечно, правда, но с научной точки зрения мало что даёт. Что хуже, это звучит как тавтология. Теория струн превратилась из теории, способной математически доказать уникальность нашей Вселенной, в теорию, позволяющую существовать бессчетному множеству вселенных, не имеющему фаворитов.

Нам необходимо пересмотреть тот способ рассуждений, что привёл нас к этому кризису. Проблема укоренилась в более глубокой философской задаче – первопричине. Люди, существа, погружённые в поток времени, с чётким началом и концом, с незапамятных времён были озадачены начальными условиями. Как нечто может произойти из ничего? Что назначает свойства этого чего-либо (т.е. значения фундаментальных констант) в начале? Кто это заказал? Кто заказал нас?

Наша ошибка состоит в том, что с научной точки зрения это неправильные вопросы.

Физики работают на очень чёткой платформе. Для определения развития системы во времени необходимо обозначить её начальные условия, состояние системы в нулевой момент времени. Это подразумевает знание системы в её начале, нечто, что мы получаем посредством измерений. В космологии это невозможно. Мы можем ограничить начальные условия и значения фундаментальных констант в зависимости от того, что нам сегодня известно о вселенной, но не можем быть уверены в том, что наши заключения окончательны. Доказательства, собираемые нами сегодня о далёком прошлом, могут дать нам неполную картину происшедшего. А мультивселенная лишь передвигает проблему начальных условий на другой уровень, не решая её.

Любая теория, пытающаяся недвусмысленно определить начальные условия Вселенной, а через них – значения фундаментальных констант, делает то, для чего физика не предназначена. Зашли ли мы в тупик, будучи вынужденными принять значения констант такими, какие они есть? На текущей платформе, да. И попытки обойти эту проблему, пусть даже и вдохновляющие, будут лишь хождением вокруг да около.

Но не всё потеряно. Поиск простой и всеобъемлющей теории заслонил более глобальный взгляд на природу физики. Физика – это построение постоянно изменяющегося и самоисправляющегося описания естественных явлений. Она отстраняется от метафизических измышлений о природе реальности, которая больше связана с нашими поисками смысла, чем с тем, как работает природа. Иначе говоря, физика – это выражение интеллектуальной покорности. Мы учимся жить в невежестве, и взамен получаем возможность постепенно прогрессировать.

Так что, нет ничего плохого с кажущейся произвольностью существующих законов физики, и в отказе от догмы, говорящей, что красота в простоте, а истина в красоте. Если физику понимать как описательное объяснение, свободное от поисков объединения, то можно избавиться от экзистенциального опасения не узнать всё на свете. Возможно, наша текущая дилемма – симптом чего-то большего, какого-то глубокого изменения методологической природы физических теорий. Возможно, нам необходимо подойти к ним с исторической точки зрения, отказавшись от бесплодных поисков объяснения первопричины и вечной истины. Вполне возможно, что природа физических теорий отражает их описательное построение, кусочное и постепенное, происходящее из нашего неидеального и неполного осознания реальности. И в этом нет ничего плохого.

Автор: SLY_G

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля