Закончил читать книгу "Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории". В ней делается попытка простым языком рассказать про передовые исследования современной теоретической физики, в частности - про теорию суперструн. Должен сказать, что книга мне понравилась, я получил, что хотел. И после прочтения в голове моей засели несколько новых мыслей.
Но прежде чем к ним перейти, попробую подытожить свое понимание теории суперструн, которое осталось в голове после прочтения. Во-первых, теория суперструн - попытка достичь великого объединения основных теорий современной физики - квантовой механики и общей теории относительности. Дело в том, что эти теории взаимно несовместимы, и если попробовать применять уравнения, скажем, общей теории относительности на масштабах, где нужно применять уравнения квантовой механики - получается чушь. Это не могло не волновать физиков, поэтому они и пытались разработать новую теорию.
Основная проблема общей теории относительности, как я понял, заключается в том, что она построена на модели гладкого непрерывного пространства-времени, что является математической абстракцией. Результаты экспериментов из которых и родилась квантовая механика свидетельствуют о том, что пространство-время таковым не является.
У квантовой механики проблема другого рода. Эта теория, а точнее стандартаная модель, объединяющая квантово-механическии теории поля для разных типов взаимодействий, является сугубо эмпирической. Входными данными для нее являются результаты измерений значений масс, зарядов и других фундаментальных параметров элементарных частиц. Т.е. теория в принципе не может объяснить почему эти параметры имеют именно такие значения, а не какие либо еще.
И вот, примерно полвека назад начала формироваться новая теория, теория струн, а позднее суперструн, еще позднее М-теория, перед которой физики поставили амбиционзную сверх задачу. Найти некий базовый принцип, на основе которого написать уравнения из которых следовали бы значения всех экспериментально наблюдаемых параметров. Причем следовали бы таким образом, что значения этих параметров могут быть только такими, какие мы их видим, а не какие либо еще.
Началась она с приближенных уравнений, которые позволили разрешить противоречия квантовой механики и теории относительности - математические точки пространства были заменены на струны, которые имели вполне конкретный минимально возможный размер. Уравнения оказались такими интересными, что экспериментируя с ними, ученые смогли объединить все известные взаимодействия в рамках одной теории. Единственная проблема заключалась и по сей день заключается в том, что уравнения оказались такими сложными, что не только возможные их решения, но и сам вид уравнений известны только приблизительно.
Исследуя уравнения физики выяснили, что пространство-время, которые они описывают имеет 11 измерений, 4 из которых нам хорошо знакомы, а остальные туго свернуты. Еще одним следствием стало выявление тесной математической связи между черными дырами и элементарными частицами, а также зарождение новой области науки - струнной космологии, которая исследует время и процессы экстремально близкие к Большому взрыву.
Теория суперструн, даже не имея точной формулировки и математического аппарата даже на концепутальном, примерном уровне устанавливает взаимосвязь стольких явлений, что это является огромным стимулом для физиков всего мира продолжать ее развитие.
Забавно, что начиная с уравнений колебания одномерной нити в обычном пространстве физики пришли к необходимости формулирования самого понятия пространства и времени в рамках суперструн. В самом деле, если мы действительно ходим достичь понимания всего - тогда надо ответить на вопрос, что такое время, почему временное измерение только одно, и почему оно не обратимо.
Стоит еще отметить, что где-то с середины книги начинается такой вынос мозга, что необходимо прилагать значительные умственные усилия, чтобы следить за рассуждениями автора, которому помогает знание предмета и владение соответствующим математическим аппаратом. Книга была написана где-то в начале 2000 годов и отражает состояние науки на тот момент времени. К счастью, у автора вышла еще одна книга, она у меня уже есть и я планирую в ближайшее время продолжить чтение по теме.
А вот собственно мои мысли. Первая - социального плана. Когда я учился в 11 классе, я ездил в другую школу на факультатив по физике. У нас был молодой преподаватель, только что после университета, физик-теоретик. Помню, мы поехали на какую-то научно-практическую конференцию для школьников в Минск, он был нашим научным руководителем, помогал нам защищать какую-то работу, в которой мы представляли возможность создания квантовых компьютеров на основе логического элемента управляемого НЕ, предложенного Фейнманом. Так вот, он тогда много и воодушевленно рассказывал про суперструны, дополнительные измерения и т.п. Было видно, что человеку действительно это интересно и он даже пытался вести какую-то научную работу в нашем городе. Однако уже через несколько лет суровая действительность заставила его полностью забыть об этой мечте - необходимо зарабатывать деньги и кормить семью, а теоретическая физика, отнюдь не прибыльная область.
И вот вспоминая эту историю читаю про людей, которые работают в разных университетах, получают зарплату, ведут вполне достойный образ жизни и при этом занимаются на работе вещами, которые даже невозможно экспериментально проверить и где никто, кроме них самих ничего не понимает. Неудивительно, что все, кто хочет заниматься наукой вынуждены уезжать отсюда. Невозможно заниматься такой математикой, когда у тебя урчит в животе от голода и когда тебя пилит жена.
Другая мысль - более глобального масштаба. Вот физики ищут теорию, которая способна объяснить ВСЁ. Буквально. И за этим объяснением лезут все глубже и глубже внутрь структуры материи, пространства и время, при этом не замечая очевидного. Каждая их теория при увеличении масштаба переходит к какому-то своему хорошо изученному приближению.
Например, при увеличении рассматриваемых расстояний от суперструн мы переходим к квантовой механике, еще выше - получаем ядерную физику и термодинамику. Рассматривая еще более крупные тела - получаем классическую ньютоновскую физику и гравитацию, которая прекрасно описывает все, с чем мы сталкиваемся в повседневности. Здесь физика раздесятиряется на целый ворох наук - химия, история, биология, электроника, психология и т.п., т.е. науки исследующие человеческий мир. Переходя к изучению еще больших объектов, мы приходим к астрономии и астрофизике, где господствует теория отностительности, тоже прекрасно работающая и позволяющая делать очень точные расчеты.
И все бы хорошо, но только ни одна из этих теория не требует возникновения жизни и не объясняет, что такое жизнь и тем более осознание человеком себя. Что такое мысль, находящаяся в человеческой голове и позволяющая нам строить теории возникновения вселенной.
Так вот, я делаю интуитивное утверждение, каких много в той же струнной теории - мы не сможем построить теорию всего, пока не включим в нее феномен, известный нам, как человек мыслящий. Такова моя попытка заглянуть в будущее физики :) Вдруг окажется, что наш разум способен создавать новое знание (вроде того, что кварки не существовали, пока не были придуманы физиками) и тогда никакая теория не будет окончательной, пока она не включит его.
0 Комментарии:
Отправить комментарий