Большая наука в поисках Главного Вопроса

(Март 2019, idb )

Элита теоретической физики задумалась над отысканием Вопроса, потерянного наукой почти столетие тому назад. Есть повод переиздать «Краткую историю нашей глупости»…

Респектабельный американский журнал The New Yorker, уже третий век публикующий для читателей-интеллектуалов содержательные материалы на самые разнообразные темы жизни, недавно решил осветить на своих страницах и насущные проблемы фундаментальной теоретической физики.

Соответствующая статья была подготовлена Натальей Волховер, весьма компетентной в подобных темах журналисткой, занимающей пост редактора и ведущего обозревателя в Quanta Magazine. То есть в одном из наиболее качественных для нынешнего интернета веб-изданий, специализирующихся на популярном освещении достижений и новостей с передовых рубежей науки.

Статья у Волховер, лично знакомой чуть ли не со всеми светилами современной физики, обитающими в США, вышла довольно любопытная и получила интригующее название «Теория Всего другого рода» (A Different Kind of Theory of Everything. By Natalie Wolchover, The New Yorker, February 19, 2019).

Но прежде чем переходить к содержательной сути этой публикации, имеет смысл обратить внимание на нечто совершенно иное. И задаться для начала таким вопросом. Какая может быть связь между новейшей инициативой Ливерхьюмского Центра будущего интеллекта, запускающего ныне «Олимпиаду Животные-ИИ» (о чем был рассказ в прошлой статье), и глубочайшим кризисом у теоретиков, работающих в области фундаментальных основ физики с мечтами о создании Теории Всего?

На первый взгляд, связи тут нет совершенно никакой. Однако, если присмотреться к обеим темам чуть более пристально, то проступают весьма странные и удивительные вещи. В очередной раз напоминающие о древней концепции Unus Mundus, то есть «Мира Единого», – где всё и со всем постоянно сцеплено незримыми взаимосвязями…

Открытие Ливерхьюмского Центра происходило в 2016 году, 19 октября, если быть совсем точным. На официальных торжествах в честь этого мероприятия выступала целая плеяда светил науки, среди которых был и физик-теоретик Стивен Хокинг. Среди широкой публики знаменитый, в первую очередь, благодаря своей гипер-успешной научно-популярной книге «Краткая история времени»…

Как раз в это же самое время – и скорее всего неведомо для британских ученых – на русскоязычном сайте kniganews.org завершилась публикация цикла расследований под общим названием «Краткая история нашей глупости». Посвященная примерно тем же вопросам о тайнах мироздания, что и в популярнейшей книге Хокинга, но только рассмотренным совершенно с другой точки зрения…

И хотя Стивен Хокинг практически наверняка ничего об этом не знал, в своем выступлении на открытии Ливерхьюмского Центра ИИ он заговорил именно об этом – об истории нашей глупости. Цитируя ученого дословно, в контексте будущего искусственного интеллекта сказано это было примерно так (с учетом перевода на русский):

«Мы тратим кучу времени на изучение истории, которая, скажем прямо, в основном является историей глупости. Так что можно лишь приветствовать перемены – когда люди вместо этого займутся изучением будущего разума»…

Чтобы стал понятнее специфически-мрачный юмор Хокинга в его оценках истории вообще и истории науки в частности, тут надо кое-что пояснить.

«Краткую историю времени» от Хокинга и «Краткую историю нашей глупости» от kniganews разделяет период длиной почти в тридцать лет. За это время в большой физике произошло довольно много всякого разного и неприятного, чего ученые и предположить никак не могли. В частности, многими – и Хокингом в том числе – в 1980-е годы предполагалось, что науке осталось уже совсем чуть-чуть до выстраивания такой картины мира, которую можно будет называть «Теория Всего». Вместо этого, однако, получилось нечто в корне иное.

В сфере космологии, скажем, как главной области специализации Стивена Хокинга, после открытия в конце 1990-х факта ускоренного расширения вселенной и закрепления в качестве всеобщего Стандарта теории Lambda-CDM, общая картина мироздания стала выглядеть весьма озадачивающе. Согласно этой Стандартной теории космологии, на 95% вселенная состоит из чего-то такого, о чем наша наука не имеет ни малейшего представления. Единственное, по сути, что ученым реально тут удалось сделать, так это дать неведомому свои названия – «тёмная энергия» и «тёмная материя». Причем даже названия получились крайне неудачные, поскольку и то, и другое на самом деле является вовсе не темным, а прозрачным, то есть никак для науки не наблюдаемым…

В другой важной области фундаментальных теорий, физике частиц высоких энергий, где с наблюдениями и экспериментами ситуация гораздо лучше, а с 1970-х годов царит своя Стандартная Модель частиц, столь же отчетливо обозначились собственные ничуть не менее серьезные проблемы. Причем бесспорными признаки кризиса стали как раз накануне примечательного октябрьского выступления Хокинга в Ливерхьюмском Центре.

В августе 2016 в США прошла очередная Международная конференция по физике высоких энергий, ICHEP-2016, где собираются ведущие ученые планеты, занимающиеся экспериментальными и теоретическими исследованиями частиц с помощью ускорителей-коллайдеров. Главным же событием именно того форума стало официальное объявление и обсуждение новости, в высшей степени неприятной для всех.

Уже упомянутая ранее журналистка Натали Волховер, лично присутствовавшая на этом мероприятии, в своей статье написала о происходившем так:

Шесть тысяч физиков-экспериментаторов, работающих с Большим Адронным Коллайдером (LHC) под Женевой, исследовали свойства природы на уровне столь высоких энергий, который не был доступен ученым никогда прежде. И они обнаружили нечто весьма примечательное: НИЧЕГО…

Этот результат, похоже, оказался именно тем, чего в еще более многочисленной армии физиков-теоретиков никто не предсказывал ни 30 лет назад, когда этот супер-дорогостоящий проект задумывался, ни все последующие годы, когда проект воплощался.

Нима Аркани-Хамед, профессор теоретической физики из Института передовых исследований в Принстоне, подвел итоги так: «Это просто поразительно, что мы размышляли обо всех этих вещах на протяжении 30 лет и мы не сделали ни одного верного предсказания, которое экспериментаторы увидели бы в LHC»…

Ныне, спустя еще три года, уже практически все поневоле вынуждены признать, что и на данном направлении – в постижении глубин микромира – фундаментальная наука оказалась в глубочайшем кризисе непонимания. Ну а про то, как ведущие теоретики мировой физики пытаются выбраться сегодня из этой неприятнейшей ситуации, рассказывает, в частности, свежий материал от Волховер в «Нью-Йоркере».

По неслучайному, очевидно, совпадению главным «источником в верхах» для журналистки и на этот раз стал Нима Аркани-Хамед, знаменитый принстонский профессор иранского происхождения. Выбор источника выглядит тут неслучайным по целому ряду причин.

Во-первых, Аркани-Хамед был одним из самых первых обладателей «Приза Фундаментальной физики», учрежденного Юрием Мильнером и ежегодно вручаемого с 2012 года тем из наиболее выдающихся теоретиков, кого Нобелевская премия пока что обходила стороной по причине оторванности их чудесных теорий от жизни. Одним из условий для получения Мильнеровского Приза прописано обязательство ученого лично участвовать в делах популяризации достижений науки среди широких масс.

Во-вторых, весьма внушительные в денежном выражении Призы за фундаментальные успехи раздаются из года в год, доклады об успехах науки тоже звучат, только вот фундаментальная физика тем временем все более отчетливо погружается в трясину глубокого кризиса. В таких условиях уже награжденные лауреаты – особенно те кто помоложе – не могут не чувствовать, что в прославлении их научных заслуг было нечто преждевременное, мягко говоря. Нима Аркани-Хамед стал одним из самых молодых таких лауреатов, и не исключено, что осуществление подлинного «прорыва в фундаментальных основах» ныне воспринимается им как личный вызов.

В-третьих, наконец, Аркани-Хамеду просто нравится выступать перед публикой и перед журналистами, говорит он в напористом «стиле импрессарио», всегда цветисто и гладко, а потому и научно-популярная пресса любит с ним общаться и часто цитирует.

Нынешняя статья Волховер о новых подходах к созданию «Теории всего» закручена, по сути, вокруг одной главной темы. Вокруг крайне загадочной многоликости Природы, позволяющей ученым описывать одни и те же физические закономерности множеством самых разных математических способов.

Абсолютно ниоткуда не следует, что это должно быть именно так, однако снова и снова ученые видят, как при освоении в корне новых подходов к задаче они неизменно приходят к тем же самым результатам, которые были получены ранее на других маршрутах. То есть существенно разные инструменты математики всякий раз оказываются эквивалентными способами описания для одного и того же…

В целом для науки уже ясно, что имеющаяся ныне у ученых сеть, причем весьма замысловатая сеть, сотканная из хороших и разных математических описаний не могла появиться случайно. И загадка эта наверняка должна иметь своё объяснение. Но вот как может выглядеть такое объяснение, мнения сейчас сильно отличаются.

Одна из традиционных, давно утвердившихся концепций физики заключается в том, что её законы – это своего рода «машина», которую люди строят для предсказания того, что случится в будущем. Тогда, согласно этой логике, будущая «теория всего» представляется как «окончательная машина предсказаний» – типа одного замечательного уравнения, из которого следует все остальное.

Но этот традиционный подход, однако, по сути игнорирует уже установленный факт наличия множества разных машин, которые построены существенно разными математическими способами и при этом выдают ученым эквивалентные предсказания…

Далее Волховер цитирует авторитетного «гуру»:

Для Аркани-Хамеда эта многоликость одних и тех же законов предполагает иную концепцию того, что же представляет собой физика. Мы не строим машину, которая вычисляет ответы, говорит он; наоборот, мы занимаемся открытием вопросов. Меняющие свою форму законы природы — это, похоже, Ответ природы на неведомый нам математический вопрос.

… Поразмышляв над этими загадками, ныне Аркани-Хамед видит конечную цель физики в том, чтобы отыскать такой математический вопрос, из которого будут следовать все интересующие науку ответы.

«Вознесением на десятый уровень интеллектуального рая», – сказал он мне, – «стало бы отыскание такого Вопроса, ответом на который является сама вселенная, и природа этого вопроса уже сама по себе объясняла бы, почему это вообще возможно – описывать мир столь великим множеством разных способов».

Этот подход – словно выворачивание физики наизнанку. И теперь картина выглядит так, что ответы окружают нас повсюду. Чего же мы не знаем, так это правильного Вопроса.

Конец цитаты и одновременно конец цитируемой статьи.

На примере этого материала вполне наглядно, наверное, видно, как точную теоретическую физику на её фундаментальном уровне пытаются ныне превратить в туманно-расплывчатую метафизику. Или «как бы науку», которая вместо конкретных ответов на простые и очень трудные вопросы хотела бы заниматься поиском иного – самого Главного Вопроса. Ибо именно он, Вопрос, в неопределенно далеком будущем и решит для фундаментальной науки все её действительно насущные задачи…

Юмор всей этой странной ситуации заключается в том, что на свой Главный Вопрос об устройстве природы фундаментальная физика вышла весьма и весьма давно – еще в 1935 году. Вот только ни тогда, ни даже поныне никто из научных светил этого не заметил. Или заметил, но не понял. Или кто-то все же понял, но по сию пору предпочитает помалкивать.

Весной 1935 года Альберт Эйнштейн и его молодые коллеги, Борис Подольский и Натан Розен, опубликовали две статьи, по своей значимости принципиально важные для всей новой физики XX века. Статьи эти ныне хорошо известны и даже знамениты, одна описывает квантовый «парадокс ЭПР», другая – частицу как классический гравитационный «мост ЭР».

Изюм ситуации в том, что один и тот же Вопрос, существенно по-разному математически сформулированный двумя этими статьями, не разглядели ни сами авторы «Э, П и Р», ни их многочисленные последователи и оппоненты. Точнее говоря, Эйнштейн отчетливо понимал то, о чем пишет, естественно. Вот только столь же отчетливо в итоге и констатировал: «Этого просто не может быть». Иначе говоря, природа и физическая реальность, по мнению Эйнштейна, не могут быть устроены так, чтобы из математического описания возникал вопрос типа «Но как же это вообще возможно?».

Последующее развитие физической науки вполне отчетливо показало, что «просто невозможное» для Эйнштейна на самом деле является таким фактом Природы, который многократно и убедительно подтверждается экспериментами. А значит, для главного Вопроса в парадоксе ЭПР наука с необходимостью должна отыскать ответ.

Однако именно такой Вопрос никто в современной науке задавать не решается:

«Но как это вообще возможно, как может быть устроена Природа, чтобы квантово сцепленные частицы мгновенно взаимодействовали друг с другом в независимости от разделяющего их расстояния, будь они хоть в разных концах вселенной»?

В нынешних фундаментальных теориях физики, подчеркнем еще раз, нет ни то что ответов на подобные вопросы, но даже самого этого Вопроса нет в принципе. Именно это, как несложно догадаться, и является одной из главных причин нынешнего гранд-кризиса.

Опубликованная в 2016 году «Краткая история нашей глупости» представляет собой развернутое расследование того, как же так получается, что мудрейшим ученым-физикам на протяжении столь долгого времени удается упорно не замечать самой главной – фундаментальной – проблемы в своей науке. И что интересно, книга тоже начинается с Большого Вопроса.

Но только вопрос этот вовсе не математический, а скорее риторический: «Как долго ещё науке будет удаваться не замечать очевидного»? Не замечать того, что все нужные ответы – даже на Главный Вопрос – на самом деле у учёных давно имеются. Если присмотреться как следует…