Фундаментальна фізика досягла важливого поступу. У якому напрямку вона тепер повинна рухатися?
Всесвіт всередині: від кванту до космосу. Ніл Турок. [The Universe Within: From Quantum to Cosmos, Neil Turok] House of Anansi Press; 292 pages; C$19.95. Faber and Faber; £17.99.
Прощання з реальністю: як сучасна фізика зрадила пошуки наукової істини. Джим Беґґот. [Farewell to Reality: How Modern Physics Has Betrayed the Search for Scientific Truth, Jim Baggott] Pegasus; 352 pages; $26.95. Constable; £12.99.
Перевтілення часу: від кризи фізики до майбутнього Всесвіту. Лі Смолін. [Time Reborn: From the Crisis of Physics to the Future of the Universe, Lee Smolin] Houghton Mifflin Harcourt; 319 pages; $28. Allen Lane; £20.
У фізиків є багато підстав радіти. Минулого року вони, нарешті, знайшли бозон Гіґґса, який дехто називає «Божою часткою». Відкриття звінчує Стандартну модель, 40-річний проект пояснення того, як природа поводиться на рівні найменших елементарних часток. У квітні супутник Planck Європейського космічного агентства передав найдокладнішу поки що картину космічного мікрохвильового фонового випромінювання, релікту від випромінювання, що виникло приблизно через 400000 років після Великого вибуху, і вказує на час народження Всесвіту - приблизно 13,8 млрд років тому.
Проте, незважаючи на всі свої успіхи, сучасна фізика залишає деякі важливі запитання без відповіді. Головним з них є, як примирити два великі відкриття ХХ століття - Стандартну модель і загальну теорію відносності Альберта Ейнштейна, що присвячена гравітації - в універсальну «теорію всього». Багато вчених замислюються: а що далі?
Ніл Турок, що очолює Perimeter Institute в Онтаріо, один з провідних світових центрів теоретичної фізики, вважає, що невдовзі з'являться відповіді на ці запитання. Його остання книжка "Всесвіт всередині", що ґрунтується на лекціях, які він читав у Канаді минулого року, щойно була видана у Великобританії. Це гімн силі фізики, або тому, що він називає "справжньою магією". Турок пропонує вибірковий огляд найсвіжішої наукової літератури. До неї належить і власний новаторський внесок автора у космологію, у якому великий вибух розглядається не як одиничний випадок, а як повторювана подія у нескінченному циклі розширень і колапсів.
Теорія Турока, яку іноді називають "великим відбиттям", уникає проблеми, перед якою постають багато інших гіпотез, які припускають, що Всесвіт почався з "сингулярності", точки нескінченної щільності. Гіпотеза про велике відбиття обходить її, припускаючи, що Всесвіт, який зазнає колапсу, починає здуватися, перш ніж стати нескінченно щільним. Не існує ще жодної теорії, що здатна пояснити у розумний спосіб такі екстремальні умови, у яких фізика елементарних частинок зливається з теорією гравітації. Неможливо також пояснити, як виник з них той Всесвіт, за яким ми можемо спостерігати, але Турок працює і над цим.
Поки що його ідея залишається спекулятивною, хоча й меншою мірою, ніж багато пропозицій конкурентів. На відміну від них, з неї випливають передбачення, які можна перевірити експериментальним шляхом, не зараз, а можливо, у найближчому майбутньому - наприклад, на підставі детального аналізу реліктового випромінювання. Він не розкриває усіх технічних подробиць. Це допомагає йому розтягнути свою розповідь, хоча іноді це шкодить ясності, як тоді, коли він оцінює формулу Ейнштейна, E=mc2.
Білий південноафриканець, що втік з країни разом зі своїми батьками в роки апартеїду, Турок зростав у Великобританії. Він вважає, що наука може багато виграти від використання величезного потенціалу талантів Африки. Однією з переваг перебування у фактичній ізоляції від панівного наукового світогляду, як вважає він, є те, що африканці можуть запропонувати свіжі ідеї. Для полегшення пошуків африканського Ейнштейна Турок заснував Африканський інститут математичних наук у Кейптауні у 2003 році. Тепер в нього є філії у Ґані і Сенегалі, а ще одну заплановано створити у Камеруні.
Джим Беґґот не так впевнений у тому, що фізиці гарантовано поступ. У "Прощанні з реальністю" колишній фізик - що вже не працює, але досі іноді пише про науку - висловлює своє обурення всюдисущою "казковою фізикою": польотами математичної фантазії, заснованими лише на особистому смаку, які, на його думку, стали засмічувати ландшафти теоретичної фізики протягом останніх двох десятиліть.
Звичайно, віра у математичну інтуїцію може принести свої плоди. Добрим прикладом є бозон Гіґґса, який виник з рівняння у 1964 році, і був виявлений через 48 років. По-перше, непрямі підозри, що бозон Гіґґса може бути реальною часткою, з'явилися ще у 1973 році. І навпаки, теорію струн, популярна група математичних моделей, які описують усі елементарні частки і сили природи, як різні конфігурації крихітних струн, що вібрують, вивчали тисячі талановитих вчених з 1970-х років. Але вона запропонувала мало передбачень, які можна було б перевірити, не кажучи вже про фактичні докази.
Така боротьба з вітряками переповнює Беґґота зневагою. Проте його запекла та свіжа полеміка виконує чудову роботу, допомагаючи читачам зрозуміти деякі з найзаплутаніших ідей сучасної фізики. Це ще більше варто підкреслити, оскільки він уникає аналогій, стверджуючи, що вони, зазвичай, заплутують, а не пояснюють контр-інтуїтивні ідеї та явища, які він описує.
Навіть Беґґот погоджується з тим, що деякі з теоретиків з обережності роблять усе можливе, щоб їхня праця спиралася на щось більше, ніж цілі шари сумнівних, хоча й математично привабливих припущень, і що це, принаймні у принципі, можна буде перевірити експериментальним шляхом. Одним з них є Лі Смолін, колега Турока з Perimeter Institute, якого вважають одним з найоригінальніших зараз живих теоретиків. Смолін вважає, що глухий кут, на який вказує Беґґот, є наслідком застосування теорій, що дійсні для невеликих ізольованих систем, до опису цілого Всесвіту. У "Перевтіленні часу" він стверджує, що виходом з депресії, викликаної тим, що вчені займалися "фізикою у коробці", є прийняття часу як фундаментальної особливості реальності.
Це зовсім не звучить радикально; час, зрештою, відіграє головну роль у всьому людському існуванні. Проте Смолін надає переконливі докази того, що математичні моделі, які домінували у фізиці з часів Ісаака Н'ютона, замінили процеси, що відбуваються у часі, "позачасовими законами". Ейнштейн завдав, можливо, найбільшого удару по тому, що Смолін називає "реальним" часом, розглядаючи його і як статичний вимір, такий самий, як довжина, ширина і глибина, і як поняття, у якому межа, що відокремлює минуле від майбутнього, є різною для різних спостерігачів. Він навіть втішав вдову друга, кажучи їй, що "люди, такі як ми, що вірять у фізику, знають, що різниця між минулим, теперішнім та майбутнім є лише вперто стійкою ілюзією".
Час, для того, щоб бути "реальним", у сенсі Смоліна, не може бути відносним. Але він і не може бути абсолютним за н'ютонівським лекалом, згідно з яким майбутнє вже існує, завдяки невблаганній логіці. Це підштовхує Смоліна до певних сміливих ідей. Він кидає виклик не лише теорії відносності Ейнштейна, а й самому поняттю природних законів, непорушних істин. Він також ставить під сумнів корисність математики у моделюванні цілого Всесвіту. Моделі проливають світло на процеси, які повторюються; Всесвіт, за визначенням, існує лише один раз.
Смолін вважає, що гіпотезу не слід формулювати у рівняннях, щоб вона була науковою. Все, що треба зробити - це запропонувати спостереження, завдяки яким вона може бути підтверджена або спростована. Він посилається на еволюцію шляхом природного відбору, як на яскравий приклад, і саме той, який фізики повинні наслідувати. Справді, власні теорії Смоліна з часом стали трохи менш математичними. Чи може такий зсув привести до глибшого розуміння природи? Як каже сам автор: "Це покаже лише час".
Назва оригіналу: Beyond the numbers
Джерело: The Economist, 25.05.2013
Зреферував Омелян Радимський