Неприятности с физикой: взлёт теории струн, упадок науки и что за этим следует
Шрифт:
Стивен Вайнберг заслуженно почитается за его вклад в стандартную модель, и его письменные работы обычно выделяются убедительностью и сдержанной рациональностью. Но просто оценим, что, раз уж вы основываетесь на подобном, вы теряете способность отнести свою теорию к тому виду тестов, которые, как снова и снова показывает история науки, требуются для отсеивания правильных теорий из кучи красивых, но неверных. Чтобы делать это, теория должна предлагать особые и точные предсказания, которые можно либо подтвердить, либо отвергнуть. Если имеется высокий риск не получить подтверждения, то подтверждение гораздо выше ценится. Если нет ни того, ни этого риска, тогда нет способа продолжать науку.
Мне кажется, что полемика о том, как наука сталкивается с недавним огромным струнным ландшафтом, сводится к трём возможностям:
1. Теория
2. В конце концов будет найден некоторый путь, чтобы вывести истинные и проверяемые предсказания из теории струн. Это может быть сделано либо через демонстрацию, что реально имеется однозначная теория, или через другую, нехаотическую теорию мультивселенной, которая приведёт к подлинным проверяемым предсказаниям.
3. Теория струн не является правильной теорией природы. Природу лучше описывать другой теорией, которая должна быть ещё открыта или должна быть ещё принята, которая приводит к истинным предсказаниям, которые эксперимент в итоге подтвердит.
Для меня поразительным является число различных учёных, кто кажется не в состоянии принять возможность того, что как теория струн, так и гипотеза хаотической мультивселенной являются ложными. Вот подборка соответствующих комментариев:
«Антропный принцип настолько сильно идёт против исторических целей теоретической физики, что я долго сопротивлялся ему даже после осознания его вероятной необходимости. Но сейчас я побеждён.»
«Те, кому не нравится антропный принцип, просто не хотят признавать очевидного.»
«Возможное существование гигантского ландшафта является восхитительным развитием в теоретической физике, которое заставляет нас радикально переосмыслить многие из наших представлений. Моё инстинктивное чувство говорит, что это вполне может быть верным.»
«Я думаю, вполне правдоподобно, что ландшафт реален.»
Даже Эдвард Виттен кажется поставленным в тупик:
«Я в самом деле не могу сказать ничего резкого. Я думаю, мы узнаем больше.» [65]
Среди процитированных здесь нет ни одной личности, кем бы я глубоко не восхищался. Тем не менее, мне кажется, что любая непредубеждённая персона, не запятнавшая себя иррациональной верой в теорию струн, должна бы ясно видеть эту ситуацию. Теория не способна сделать ни одного предсказания, через которые она может быть проверена, а некоторые из её сторонников вместо того, чтобы согласиться с этим, пытаются изменить правила так, что их теория не будет нуждаться в проведении обычных испытаний, которым мы подвергаем научные идеи.
65
Из недавнего обозрения в Seed Magazine по поводу взаимосвязи между антропным принципом и разрастанием теорий струн: http://www.seedmagazine.com/news/2005/12/.
Кажется рациональным отвергнуть эти притязания и настоять на том, что мы не должны изменять правила науки только чтобы сохранить теорию, которая не смогла выполнить ожиданий, которые мы исходно к ней питали. Если теория струн не делает однозначных предсказаний для экспериментов и если она не объясняет по поводу стандартной модели физики частиц ничего такого, что ранее было загадочным, — оставляя в стороне очевидную установку, что мы должны жить во вселенной, где мы можем жить, — не кажется, что она может оказаться очень хорошей теорией. История науки видела множество падений многообещающих теорий. Почему это не ещё один такой случай?
Мы с прискорбием пришли к заключению, что теория струн не делает новых, точных
Один из таких сценариев был недавно предложен Эдмундом Копелэндом, Робертом Майерсом и Джозефом Полчински. При определённых очень специальных предположениях по поводу космологии может оказаться правильным, что некоторые очень длинные струны были созданы в ранней вселенной и продолжают существовать [66] . Расширение вселенной расширило их до таких размеров, что сейчас их длина составляет миллионы световых лет.
Это явление не ограничивается теорией струн. Некоторое время популярная теория о формировании галактик предполагала, что они начинаются от присутствия гигантских струн электромагнитного потока, оставшихся со времён Большого Взрыва. Эти космические струны, как их называют, никогда не работали с теорией струн, они были следствиями структуры калибровочных теорий. Они являются аналогами квантованных линий магнитного потока в сверхпроводниках, и они могут формироваться в ранней вселенной как следствие прохождения вселенной через фазовые переходы при её охлаждении. Сегодня мы имеем определённые свидетельства из космологических наблюдений, что такие струны не были главной составляющей в формировании структуры вселенной, но несколько космический струн после Большого Взрыва всё ещё могли бы остаться. Астрономы ищут их через поиск их влияния на свет от удалённых галактик. Если космическая струна проходит через линию зрения, соединяющую наш взгляд и удалённую галактику, гравитационное поле струны будет действовать как линза, удваивая изображение галактики особым образом. Другие объекты, такие как тёмная материя или другие галактики, могут иметь сходный эффект, но астрономы знают, как провести различия между генерируемыми ими образами и изображениями, которые производятся космической струной. Недавно было сообщение, что такая линза могла быть обнаружена. Её оптимистично назвали CSL-1 (Cosmic String Lens — линза на космической струне), но, когда на неё посмотрели через космический телескоп «Хаббл», оказалось, что это две близко расположенные друг к другу галактики [67] .
66
E.J. Copeland, R.C. Myers, and J. Polchinski, «Cosmic F- and D-Strings,» <Космические F- и D-струны>, Jour. High Energy Phys., Art. no. 013, June 2004.
67
M. Sazhin et al., «CSL-1: Chance Projection Effect or Serendipitous Discovery of a Gravitational Lens Induced by a Cosmic String?» < CSL-1: Эффект случайной проекции или связанное со счастливым случаем открытие гравитационной линзы, индуцированной космической струной?> Mon. Not. R. Astron. Soc., 343: 353-59 (2003).
Что нашли Копелэнд и его коллеги, так это то, что при определённых специальных условиях фундаментальные струны, растянутые расширением вселенной до огромных длин, могли бы иметь сходство с космическими струнами. Так что их можно было бы наблюдать через их действие, подобное линзам. Такие фундаментальные космические струны могли бы также быть очень большими излучателями гравитационных волн, которые могли бы наблюдаться на LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory — обсерватория гравитационных волн на лазерных интерферометрах).