Состояние физики.
Сегодня надо сделать небольшой обзор для понимания, в каком состоянии находится физика. Мы привыкли со школы, что есть законы, есть формулы, и те, кто их выучит, будет все знать. Ну, по крайней мере я так думал довольно долго.
Оказывается, ничего подобного. В современной физике царит хаос и растерянность, есть целый ряд группировок ученых, которые предлагают стереть на фиг то, что известно, по крайней мере, из квантовой физике – и попробовать написать теорию заново, с чистого, так сказать, листа.
Давайте, разберемся для начала, почему так происходит, и почему ученые предлагают если не перечеркнуть, то кардинально пересмотреть работу их предшественников в течении целого столетия?
Для этого надо понять, как строились основы научных направлений «до» квантовой эпохи. Практически все научные отрасли – математика, геометрия, физика, строили свои здания на хорошем, прочном фундаменте нескольких идей, которые были просто и четко сформулированы, интуитивно понятны и из них можно было вывести, или с их помощью понять структуру всего «здания».
Приведу пару примеров.
Вот, принцип «экономии» - любая природная система стремиться занять состояние с минимальной энергией, либо путь, где работа минимальна, либо кратчайшее расстояние – и т.д. Общая идея понятна: если есть две или больше возможностей для любой системы, объекта, достичь какого-то состояния, то «выбор» будет за минимально «напряжным». Свет, согласно этой идее, всегда распространяется по кратчайшему пути. Шарик в чашке всегда будет скатываться на дно, где его потенциальная энергия минимальна. И так далее.
Или закон сохранения импульса: какой бы сложной ни была система, сколько бы в ней не было объектов, движущихся по разным траекториям, с разной массой, сколько бы они ни сталкивались и не меняли направление движения – суммарный импульс всей системы остается неизменным. Бильярдисты это хорошо знают: когда два одинаковых шара ударяются лоб в лоб, они отлетают на одинаковое расстояние. Если же один шар меньше, другой больше – то маленький отлетит дальше. Если посчитать суммарный импульс обоих шаров до и после столкновения, он будет одинаковым (конечно, считать будем с учетом трения – в космосе шары разлетятся и будут лететь бесконечно, но все равно их импульс совместно не изменится). На этом принципе обосновано решение множества задач, даже смешных: например, если в ракете в космическом пространстве, сидит космонавт, а топливо давно закончилось, но ему надо повернуть ракету – космонавт может, держась за стенку, чтобы его импульс передавался ракете, начать вертеть в руке карандаш. И рано или поздно ракета начнет поворачиваться! Понятно, что, поскольку карандаш намного менее массивный, чем ракета, вертеть его придется долго – но в принципе, это возможно. И такие примеры понятны, хотя и удивительны, потому что за ними стоят четко изложенные «постулаты», принципы, идеи, которые проливают свет на устройство мироздания.
А что же с квантовой физикой? А вот ничего: практически все законы и формулы выведены из эксперимента и написаны «с потолка». Не в смысле, что они неверны, как раз физиков больше всего бесит, что они верны – но почему они такие, а не иные, почему выведенные эмпирически закономерности работают так или иначе, непонятно!
Приведем аналогию, чтобы было ясно, о чем идет речь. Представьте, мы кидаем маленький светящийся шарик из резины в маленькую дырочку в большую темную комнату. И смотрим, как он будет там прыгать. Кидаем с разной силой и в разных направлениях и аккуратно записываем, как он там перемещается.
И вот часть ученых расследует поведение шарика в одной темной области, где он то подпрыгивает вверх, то начинает прыгать на одном месте туда-сюда. Другие ученые рассматривают поведение шарика в другой области. И записывают, что если кинуть шарик туда несильно, он изменяет траекторию, отскакивая вбок, а если сильно – то раздается звон, и он движется вниз по странной траектории, а потом останавливается… И обе эти группы выводят формулы – с какой силой и куда надо кинуть шарик, чтобы он пошел по той или иной траектории, и эти формулы хорошо описывают движение шарика – НО ОНИ НИ ФИГА НЕ ПОНИМАЮТ, ПОЧЕМУ, ЧЕРТ ВОЗЬМИ, ОН ТАК СЕБЯ ВЕДЕТ! И чем одна сторона темноты отличается от другой!
А вот если бы мы зажгли свет, то увидели комнату, в которой стоит табуретка в левом углу и сервант в правом. И если шарик летит влево и попадает по сиденью табуретки, он отскакивает от нее вверх. А если летит в сервант, пущенный слабенько, отскакивает от стекла, а если сильно – то разбивает стекло и соскакивает на нижнюю полку.
Зная это, мы можем уже построить общую теорию «отскакивания» от табуретки, понимая, что площадь ее сиденья, высота, перекладинки на ножках и место расположения будут влиять на прилетающий шарик так или иначе. С сервантом та же фигня – ведь понятно теперь, почему иногда он отскакивает, а иногда – пролетает «насквозь». Можно построить теперь общую теорию отскакивания шарика от мебели, учитывая наличие стекол, качества поверхности (для отскока), учитывать имеющиеся углы и выступы, и т.д. и т.п. Дальше это уже дело техники, потому что кто-то включил свет, и мы поняли, что там есть вообще!
Но пока, к сожалению, никому не удалось дать общее понимание и принципы для физики, так, чтобы описать и микро и макро мир, и мир частиц, и мир планет и людей. Но попытки такие активно делаются с начала 2000-х, и целый ряд групп уже сильно продвинулись, пытаясь вывести «теорию всего» из некоторых идей, аксиом, базовых положений. Приведу только один пример, чтобы было понятно, о чем идет речь.
Так, Люсьен Харди в своей работе «Квантовая теория из пяти простых аксиом» попытался вывести известные положения квантовой физики из простых и внятных мыслей, которые он перечислил по порядку: всего их пять. Например, пятая гласит: «…Существует возможность непрерывного перехода любой системы из одного ее допустимого состояния в другое и обратно». То есть, если есть электрон со спином «вверх», а он может принимать два состояния «спин вверх» и «спин вниз» - то электрон может переходить из одного состояния в другое и обратно. Не надо быть семи пядей во лбу, чтобы понять, этот принцип очень общий, может быть применим к огромному количеству разных систем, и «задает» некоторые «правила» игры так, что мы можем проверить – по правилам играют системы или нет. И если окажутся, что известные физикам системы все подчиняются этому правилу – значит, это важная «аксиома» или правило.
Об этом же говорит мой коллега по работе Грегори Чайтин (Gregory Chaitin) – в 2002 году он написал великолепную работу, назвавшуюся «О разумности вселенной, и о понятиях простоты, сложности и уникальности». В ней он приводит очень интересную мысль древнегреческого философа Платона: «Мир познаваем, потому что мир имеет структуру. А вселенная имеет структуру, потому что это произведение искусства самого Бога, который является математиком. Или, более абстрактно выражаясь, мир – создан из мыслей Бога, которые «математичны» в своей сути».
Как это перекликается с древнеиндийской идеей о том, что наш мир – это сон верховного бога Шивы… Мы не будем спорить о религиозной составляющей, важно то, что у мира есть «структура», «основа», «ткань», «внутреннее устройство», как это ни назови. И эту структуру можно увидеть, понять, почувствовать – поэтому, даже если сейчас физики находятся в тупике, рано или поздно кто-нибудь поймет, на него сойдет «озарение» - и он увидит, как устроена очередная «темная комната». И будет счастье!
На некоторое время Пока не обнаружится еще одна темная комната