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

Пенроуз доказывал в течение лет, что включение гравитации в квантовую теорию делает эту теорию нелинейной. Это приводит к разрешению проблемы измерения, в которой квантово-гравитационные эффекты заставляют квантовое состояние коллапсировать динамически. Предложения Пенроуза хорошо описаны в его книгах, хотя они до сегодняшнего дня не реализованы в детальной теории. Тем не менее, он и другие смогли использовать их, чтобы делать предсказания для выполнимых экспериментов, некоторые из которых в настоящее время проводятся.

Немногие из нас принимают аргументацию Пенроуза всерьез; и даже еще меньшее число убеждено в их обоснованности. Но большинство струнных теоретиков – и, определенно, все струнные теоретики генерального направления – не показывают признаков того, что они вообще о них слышали. Если даже большинство уважаемых провидцев не принимаются всерьез, как только они начинают подвергать сомнению базовые предположения, вы можете представить, насколько хорошо люди обходятся с теми, кто является пророком, но не был достаточно удачлив, чтобы сделать сначала значительные вклады.[9]

Если некоторые из лучших живущих физиков-теоретиков чувствуют необходимость сомневаться в основных предположениях относительности и квантовой теории, должны быть другие, которые пришли к этой позиции с самого начала. В самом деле, имеются люди, которые весьма рано в своих занятиях начали думать, что квантовая теория должна быть неверной. Они изучили ее, и они довели до конца ее доказательства и вычисления, точно так же, как и любой другой. Но они ей не поверили. Что происходит с такими?

Грубо имеются два вида таких людей: искренние и неискренние. Я являюсь одним из тех, кто никогда не находил способа поверить в квантовую механику, но я один из неискренних. То есть я рано понял в процессе моего образования, что я не смогу иметь достойную карьеру как академический физик-теоретик, если я сосредоточусь на попытках придать смысл квантовой механике. Так что я решил делать то, что генеральное направление могло бы понять и оценить достаточно хорошо, так что я смог совершить нормальную карьеру.

К счастью, я нашел способ исследовать мои сомнения по поводу оснований, работая в такой соответствующей генеральному направлению области как квантовая гравитация. Поскольку я, во-первых, не верил в квантовую механику, я был вполне уверен, что эти попытки приведут к неудаче, но я надеялся, что понимание неудачи могло бы обеспечить путеводную нить к тому, что должно заменить квантовую теорию. Несколькими годами ранее я смог бы быть немного счастлив в карьере, основанной на квантовой гравитации, как на чем-то, основанном на беспокойстве по поводу возможной неправильности квантовой механики. Однако, легкая благоприятная возможность открылась, когда я был аспирантом, и заключалась она в атаке на проблему квантовой гравитации с использованием недавних методов, разработанных для изучения стандартной модели. Так что я смог претендовать на вид физика нормальной науки и тренироваться как физик, занимающийся частицами. Затем я собрал то, что изучил, и применил это к квантовой гравитации. Поскольку я был среди первых, кто испробовал этот подход, и поскольку я использовал инструменты, которые были понятны лидерам генерального направления, это сделало возможным успешную, если не звездную, карьеру.

Но я никогда не смог бы полностью подавить инстинктивное желание исследовать основания моей темы. В 1982 я написал статью, озаглавленную "К взаимосвязи между квантовыми и тепловыми флуктуациями", которая, когда я смотрю на нее сегодня, кажется для меня невероятной по своей смелости.[10] Я задал новый вопрос по поводу того, как пространство, время и кванты подходят друг к другу – вопрос, который открыл целый новый путь поиска решения проблемы. Даже сегодня, после написания множества важных статей, я думаю, что это была моей лучшей. Всякий раз, когда я иногда встречаю студента, который вчитывается в основания предмета, или некоего одиночку, который десятилетиями отшельничает, они говорят "О, вы тот Смолин! Я никогда не проводил связи. Я думал, он должен был умереть или оставить физику". Теперь, наконец, вместе с моими коллегами по Пограничному институту я окончательно вернулся к работе над основаниями квантовой механики.

А как насчет искренних людей, которые не поверили в базовые предположения, вроде относительности и квантовой теории, и не имели достаточно покладистый характер, чтобы подавить свои склонности? Они особой породы, и каждый имеет историю для рассказа. Джулиан Барбур известен многим, кто следит за наукой, как автор книги Конец времени, в которой он доказывает, что время является иллюзией.[11] Это необычный физик, который с момента получения докторской степени в 1968 в Университете Кёльна никогда не имел академической работы. Но он в высшей степени влиятелен среди небольшой группы людей, которые всерьез думают о квантовой гравитации, которых именно он научил, что означает делать фоново-независимую теорию.

Как рассказывает об этом Барбур, по пути вверх через аспирантуру его захватил взгляд, что время может быть иллюзией. Это привело его к исследованию корней нашего понимания времени, содержащихся в ОТО. Он понял, что он не сможет сделать обычную академическую карьеру, если будет беспокоиться о природе времени. Он также понял, что если он начнет работать над этой проблемой, он должен будет сконцентрироваться на ней полностью, не отвлекаясь на бремя нормальной карьеры в физике. Так что он купил старый фермерский дом в небольшом поселке в получасе от Оксфорда, перевез туда свою новую жену и сел думать о времени. Прошло десять лет или около того, прежде чем он смог сообщить что-нибудь обратно своим коллегам. В течение этого периода он и его жена нажили четверых детей, и часть времени он зарабатывал переводами, чтобы поддержать их. Переводы занимали у него не более двадцати часов в неделю, оставляя ему столько же времени для размышлений, сколько большинство академических ученых имеют после обязанностей по преподаванию, а администрация принимает к учету.

Чтобы овладеть смыслом времени в ОТО, Барбур глубоко вчитался в тему, проследив ее путь через историю физики и философии. Наконец, он смог изобрести новый вид теории, в которой пространство и время есть ни что иное, как система взаимосвязей. Его статьи по этой теме медленно начали замечаться, и в итоге он стал уважаемым членом сообщества квантовой гравитации. Его переинтерпретация ОТО Эйнштейна как относительной теории сегодня является способом, которым мы в нашей области понимаем ОТО.

Это далеко не все, что Барбур сделал, но этого достаточно, чтобы показать, насколько карьера успешного пророка отличается от карьеры обычного академического ученого. Такая личность не следует моде – фактически, вероятно, даже не следует области, достаточно известной, чтобы имелась мода. Подобные люди не управляются ничем, за исключением убеждений, приобретенных ранее, которые любой другой не сочтет за нечто важное. Их подход более энциклопедический, в котором, чтобы ясно думать, они прочитывают всю историю вопроса, который ими завладел. Их труд чрезвычайно сфокусирован, а еще им требуется длительное время, чтобы получить что-нибудь. В продвижении академической карьеры тут не имеется какого бы то ни было выхода. Джулиан Барбур, когда он был готов, изменил науку больше, чем большинство академических ученых, но в возрасте, когда большинство академических физиков вступают в должности, ему абсолютно нечего было показать из своей работы.

Карьера Барбура похожа на карьеры других пророков, вроде Чарльза Дарвина, который также удалился в английскую сельскую местность, чтобы найти помещение для раздумий над овладевшей им идеей. Эйнштейн потратил десять лет, размышляя над идеями, которые стали СТО, а затем потратил следующие десять, изобретая ОТО. Так что время и свобода мыслей – это все, что необходимо пророкам, чтобы найти неисследованное предположение. Остальное они сделают сами.

Другой такой личностью является Дэвид Финкельштейн, заслуженный профессор Института технологии Джорджии, который потратил всю свою жизнь на поиск логики природы. Он занимался физикой отличным от всех других способом. Трудом его жизни был поиск понимания, как он изложил, когда мы впервые встретились: "Как у божьей силы возникла мысль привести мир к существованию". Он никогда ничего не делал кроме этого, и в каждый момент нашей встречи он имел новые прозрения на этот счет. По пути возникло несколько побочных результатов. Он был первой личностью, которая поняла, что такое горизонт событий черной дыры.[12] Он был первый, кто открыл важные свойства физики твердого тела, называемые топологическими законами сохранения, и он также был первый в изучении различных математических структур – квантовых групп, например. Его жизнь служит примером диапазона вкладов, которые пророк может сделать во время следования своей собственной дорогой к истине. Несмотря на то, что Финкельштейн сделал академическую карьеру, может ли кто-нибудь, подобный ему, – кто-нибудь, кто прислушивается только к внутреннему голосу и игнорирует почти все остальное, – получить профессорство в наши дни в большом университете? Помечтайте.