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

Для моих собратьев физиков-теоретиков: проблемы, обсужденные в этой книге, являются ответственностью всех нас. Мы составляем научную элиту только потому, что большее общество, частью которого мы являемся, глубоко заботится об истине. Если теория струн ошибочна, но продолжает доминировать в нашей области, последствия могут быть тяжелыми – для нас персонально, а также для нашей профессии. Для нас важно открыть двери и позволить войти альтернативам, а также в целом повысить стандарты обоснования.

Чтобы выразить это более прямо: если вы один из тех, чья первая реакция, когда высказывается сомнение в ваших научных убеждениях, есть «А что думает Х?» или «Как вы можете говорить такое? Каждый хорошо знает, что ...», тогда вы в опасности недолго быть ученым. Вы получаете хорошие деньги за выполнение своей работы, и это означает, что вы несете ответственность за проведение тщательной и независимой оценки всего, во что верите вы и ваши коллеги. Если вы не можете дать точное обоснование вашим уверенностям и взглядам, совместимое с фактами, если вы позволяете другим людям делать для вас ваши мысли (даже если они старшие и влиятельные), тогда вы не достойны ваших этических обязательств как члена научного сообщества. Ваша докторская степень является для вас лицензией иметь ваши собственные взгляды и выносить ваши собственные суждения. Но это намного больше; это обязывает вас мыслить критически и независимо по поводу всего в вашей области компетентности.

Это жестко. Но имеются даже более жесткие слова для тех из нас, работающих над фундаментальными проблемами, которые не являются струнными теоретиками. Наша работа предполагает находить ошибочные утверждения, задавать новые вопросы, находить новые ответы и возглавлять революции. Легко увидеть, где теория струн, вероятно, ошибается, но критика теории струн работой не является. Работой является изобретение теории, которая верна.

Я буду жестче всего к себе. Я вполне ожидаю, что некоторые читатели зададут мне вопрос: «Если ты такой умный, почему ты не сделал ничего лучше, чем струнные теоретики?» И они будут правы. Поскольку, в конце концов эта книга является формой отсрочки. Конечно, я надеялся, когда писал ее, сделать путь более легким для тех, кто идет следом. Но мое ремесло в теоретической физике и моя настоящая работа заключается в завершении революции, которую начал Эйнштейн. Я не сделал эту работу.

Так что я собираюсь делать сам? Я иду пытаться использовать преимущества хорошей судьбы, которую подарила мне жизнь. Для начала я иду раскапывать мою старую статью «К взаимосвязи между квантами и тепловыми флуктуациями» и читать ее. Затем я иду выключать телефон и БлэкБерри, ставить что-нибудь из Бебель Жильберто, Эстеро или Рона Секссмита, увеличивать уровень звука, вытирать начисто доску, добывать где-нибудь хороший мел, открывать новую записную книжку, брать мою любимую ручку, садиться и начинать думать.

Комментарии и ссылки

Введение

[1] Mark Wise, "Modifications to the Properties of the Higgs Boson," <Изменения к свойствам бозона Хиггса>, сообщение на семинаре, Март, 23, 2006. Доступно на http://streamer.perimeterinstitute.ca/mediasite/viewer/FrontEnd/Front.aspx?&shouldResize=False.

[2] Brian Greene, The Fabric of the Cosmos: Space, Time and the Texture of Reality, <Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности> (New York: Alfred A. Knopf, 2005), стр. 376

[3] Gerard T'Hooft, In Search of the Ultimate Building Blocks, <В поиске первичных строительных блоков> (Cambridge: Cambridge University Press, 1996), стр. 163.

[4] Цитируется по New Scientist, «Nobel Laureate Admits String Theory Is in Trouble», <Нобелевские лауреаты признают, что теория струн в неприятностях>, Декабрь, 10, 2005. Это вызвало некоторую полемику, как пояснил Гросс в своем замечании на открытии 23й Иерусалимской зимней школы по теоретической физике, (полный текст доступен на http://www.as.huji.ac.il/schools/):

«Что я на самом деле об этом думаю, так это то, что мы еще не знаем ответа как на то, что есть теория струн, так и на то, является ли она окончательной теорией или в ней что-то пропускается, и мы, кажется, стоим перед необходимостью глубоких концептуальных изменений ... именно в отношении природы пространства и времени. Но [это] далеко не доказательство, что мы должны остановить разработку теории струн – она потерпела неудачу, она закончилась, – это замечательный период.»

[5] J. Polchinski, сообщение на 26й Летнем институте по физике частиц Стэнфордского линейного ускорительного центра, 1998, [http://arxiv.org/abs/hep-th/9812104].

[6] http://motls.blogspot.com/2005/09/why-no-new-einstein-ii.html.

[7] Lisa Randall, "Designing Words," <Интригующие слова>, в Intelligent Thought: Science Versus the Intelligent Design Movement <Умные мысли: наука против движения в поддержку разумного плана>, ed. John Brockman (New York: Vintage, 2006).

1. Пять великих проблем теоретической физики

[8] John Stachel, «How Did Einstein Discover Relativity?» <Как Эйнштейн открыл теорию относительности?> http://www.aip.org/history/einstein/essay-einstein-relativity.htm. Я должен отметить, что некоторые философы науки относятся к ОТО как к, по меньшей мере, отчасти конструктивной теории; для целей нашего обсуждения это теория принципов, поскольку она описывает, как должны описываться пространство, время и движение, какую бы материю ни содержала вселенная.

2. Красивый миф

[9] Читатель должен заметить, что мой разговор об этой истории изрядно упрощает ее, чтобы доказать главное положение. Имеются другие важные эксперименты, которые были проведены со светом, проходящим через текущую воду, или с влиянием относительного движения Земли и звезд на наблюдения звездного света. Эйнштейн был также не единственный, кто понял, что правильный ответ содержит выбор принципа относительности, то же сделал великий французский математик и физик Анри Пуанкаре.

3. Мир как геометрия

[10] Я должен сознаться, что Нордстрём решал проблему не так. Но он упустил эту возможность. Это был способ, принятый более поздними сторонниками дополнительных измерений, и он является усовершенствованием того, что сделал Нордстрём.

[11] Тут имеется пояснение, которое заключается в том, что это применимо только к наблюдениям, которые имеют место в малых областях пространства на протяжении малых промежутков времени. Если вы падаете достаточно далеко, чтобы видеть, что сила гравитационного поля изменяется, вы можете различить гравитацию и ускорение.

[12] Эксперт может предпочесть здесь более точное понятие инерции, но я нахожу, что это затруднит неподготовленных читателей.

[13] Исключая, конечно, как мы видели, случай темной материи и темной энергии.

[14] Цитируется по Hubert F.M. Goenner, On the History of Unified Field Theories (1914-1933), <К истории единых теорий поля (1914 – 1933)>, стр.30. http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2004-2/index.html (2004).

[15] Там же, стр. 38-39.

[16] Там же, стр. 39.

[17] Там же, стр. 35.

[18] Цитируется по Abraham Pais, Subtle Is The Lord, <Бог изощрен> (New York: Oxford Univ. Press, 1982), стр.330.

[19] Там же, стр.332.

[20] Там же.

[21] Там же, стр. 334.

4. Объединение становится наукой

[22] Те читатели, кому интересно узнать больше, могут прочитать о калибровочной симметрии в главе 4 моей книги 1997 года The Life of the Cosmos <Жизнь космоса> (NewYork: Oxford University Press).

[23] Хотя нам это не понадобится, некоторые читатели могут пожелать узнать больше о том, как работает калибровочный принцип. Вот ключевая идея: обычно ориентации, которые определяют симметрию, применяются к системе в целом. Чтобы показать, что объект симметричен относительно вращения, вы одновременно поворачиваете весь объект. Вы не можете вращать только часть мяча. Но есть специальные случаи, в которых симметрия работает, даже если вы применяете ее к части системы. Такие симметрии называются локальными симметриями. Это кажется противоречащим интуиции; как это может работать? Оказывается – и это та вещь, которую тяжело объяснить без математики, – что она работает, если разные части системы действуют на другие с помощью определенных сил. Это и есть калибровочные силы.*

* Неплохое изложение сути калибровочного принципа можно, например, посмотреть здесь: http://nuclphys.sinp.msu.ru/zgauge/index.html – (прим. перев.)

[24] Еще раз, история более сложна, чем мое обобщение. Теории Янга-Миллса на самом деле были открыты в контексте единых теорий с дополнительными измерениями в 1920х, но оказались забытыми, что привело к их повторному открытию Чен Нинь Янгом, Робертом Миллсом и другими в 1950х.

[25] Главная тема книги The Life of the Cosmos <Жизнь космоса> заключалась в следствиях из этих изменений.

5. От объединения к суперобъединению

[26] Y. Nomura and B. Tweedie, [http://arxiv.org/abs/hep-ph/0504246].

[27] P. Frampton, e-mail (использовано с разрешения автора).

6. Квантовая гравитация: развилка на дороге