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

Каждая книга пишется в духе места. В моем случае сначала было два таких места: Нью Йорк и Лондон. Эта книга несет дух Торонто; Пико Айер назвал его городом будущего, и я полагаю себя счастливым знать, почему. За гостеприимство к иммигранту в неопределенный момент сентября 2001 я благодарю за все Дину Гразер, но также и Чарли Трэйси Макдугал, Оливию Миззи, Ханну Санчес и парней из Килевого клуба Дальнего Харбора (Outer Harbour Centreboard Club) (если вы не видите меня на воде с последней весны, то именно поэтому!).

За приглашение меня сюда я благодарю Говарда Бартона и Майка Лазардиса. Я не знаю большего акта дальновидности и поддержки науки, чем основание ими Пограничного института теоретической физики. С их верой в будущее науки и их продолжающейся преданности успеху института, они заслуживают высшей награды, которую может дать любой, кто заботится о науке. Я питаю к ним огромную благодарность за предоставленную возможность, которую они для меня открыли, как в личном, так и в научном смысле.

Несмотря на общий авантюризм и сомнения при создании института и сообщества, все возможные благодарности Клиффорду Баргессу, Фредди Качазо, Лауренту Фрейделю, Джему Гомису, Дэниэлю Готтесману, Люсьену Харди, Джастину Хоури, Раймонду Лафламме, Фотини Маркопоулоу, Мишель Моска, Робу Майерсу, Томасу Тиеманну, Антони Валентини и многим другим, слишком многочисленным, чтобы их перечислить, которые рисковали своими карьерами, чтобы сделать вклад в это рискованное предприятие. И хотя нет необходимости об этом говорить, позвольте мне подчеркнуть, что каждое слово в этой книге является моим собственным взглядом и ни в коей мере не отражает ни официальной, ни неофициальной точек зрения Пограничного института, его ученых или его основателей. Наоборот, эта книга стала возможной благодаря моему членству в сообществе ученых, которые приветствуют честное научное несогласие и которые знают, что живая дискуссия не станет на пути дружбы или совместных усилий, чтобы делать науку. Если бы было намного больше мест, подобных Пограничному институту, я не почувствовал бы необходимости писать эту книгу.

Наконец, моим родителям за их продолжающуюся безоговорочную любовь и поддержку и Дине за все, что делает жизнь счастливой, которые делают все, о чем эта книга, с присущей им точки зрения.

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.