Эта идея должна умереть. Научные теории, которые блокируют прогресс - Сборник

Мы готовы признать, что некоторые из моделей, разработанных нашими блестящими коллегами-теоретиками, могут оказаться чем-то вроде длинного паса наудачу, который неожиданно завершается изумительным (по-настоящему изумительным!) голом. Но больше похоже на то, что на следующий, значительно более высокий уровень познания мы поднимемся не в результате случайной удачи: нас заставят туда подняться жестко, болезненно детерминированные экспериментальные данные.

Естественность, иерархия и пространство-время

Мария Спиропулу

Профессор физики, Калифорнийский технологический институт.

Концепции «естественности», иерархии и пространства-времени в том виде, в каком они сегодня приняты в физике, будут отправлены в отставку скорее раньше, чем позже.

«Стратегия» естественности и «проблема» иерархии в построении теоретических моделей для теорий, расширяющих Стандартную модель частиц и их взаимодействий (назовем ее в духе Дэвида Гросса Стандартной теорией, СТ), рассыпаются в пыль при измерениях недавно открытого хиггсоподобного бозона. Я буду называть эту частицу хиггсоподобной, пока она не будет исчерпывающе измерена на Большом адронном коллайдере. Тем не менее мы уже выдумали сценарий того, как все должно выглядеть с появлением хиггсовского элементарного скалярного поля, – сценарий, которому реальный мир, кажется, вовсе не собирается следовать.

Итак, рабство, в которое нас загнала необходимость быть «естественными», а не «тонко настроенными» (субъективные идеи, которые надо было отвергнуть уже давно), отменяется прямо на наших глазах, а путь к высокой энергии может оказаться на удивление более сложным, чем мы предполагали.

К концу этого пути (а конца может и не быть, если дорога опишет кривую и мы вернемся в исходную точку) гравитация и пространство-время тоже окажутся в беспорядочной куче старомодных, безумных физических идей и нам тоже придется их обновить – или даже вовсе от них избавиться.

Из физических идей, связанных с этой темой, может в том числе рассы́паться идея о том, что темная материя состоит из частиц. Уже на подходе масштабные революции (и открытия), касающиеся фундаментальных свойств нашей квантовой Вселенной.

Ученые должны узнать все, что поддается научному познанию

Эд Реджис

Писатель, популяризатор науки. Соавтор (с Джорджем Чёрчем) книги Regenesis («Новое сотворение мира»).

В 1993 году нобелевские лауреаты по физике Стивен Вайнберг и Леон Ледерман опубликовали книги, в которых предполагали, что строящийся в Ваксахачи, штат Техас, 54-мильный ускоритель частиц, Сверхпроводящий суперколлайдер (ССК), будет в состоянии обнаружить неуловимый бозон гипотетического скалярного поля Хиггса. Ледерман – отчасти в шутку – именовал бозон Божественной частицей (книги Вайнберга и Ледермана назывались соответственно Dreams of a Final Theory («Мечты об окончательной теории») и The God Particle («Божественная частица»)). По какому-то удивительно несчастливому совпадению обе книги вышли как раз в тот момент, когда Конгресс США принял решение окончательно и бесповоротно закрыть финансирование проекта суперколлайдера.

Может, это было и к лучшему, поскольку в 2012 году ученые обнаружили бозон Хиггса с помощью инструмента гораздо меньшего размера – 17-мильного Большого адронного коллайдера (БАК) в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) под Женевой.

Новое открытие в науке часто ставит сразу несколько новых вопросов. Не стал исключением и бозон Хиггса. Почему у этой частицы именно такая масса? Не состоит ли бозон Хиггса из каких-то иных, «более элементарных», частиц, которые позволят объяснить некоторые его свойства? Может быть, помимо бозона Хиггса надо ожидать открытия еще каких-то подобных частиц? К сожалению, в теории элементарных частиц поиск ответов на подобные вопросы становится все более дорогим, непозволительно дорогим. К тому моменту, как проект ССК был отменен, его предполагаемая стоимость выросла с изначальных 3,9 млрд долларов до 11 млрд с лишним в 1991 году. Но вот насколько на самом деле ценны ответы на все новые вопросы о частице Хиггса? Например, сколько бы вы заплатили за такие ответы, если оптимистично предположить, что вы вообще способны понять вопросы типа «как бозон Хиггса объясняет (если объясняет) феномен спонтанного нарушения симметрии электрослабых взаимодействий»?

Наука уже давно достигла такого уровня, что некоторые виды нового знания можно получить только путем строительства приборов столь абсурдно космических масштабов, что это даже комично. Стоимость этих устройств также вполне космическая. В этом плане имеет смысл задаться вопросом: а действительно ли нам нужно знание, которое можно добыть только с помощью этих питающихся долларами левиафанов?

Явно не смущенные отказом Конгресса от финансирования суперколлайдера, ученые из Лаборатории Ферми (ускоритель которой был сравнительно маленьким и слабым – всего 4 мили) в 2001 году всерьез носились с идеей создания Очень Большого адронного коллайдера (ОБАК) – громадного чудища с окружностью 233 километра (145 миль). Этот исполинский объект занимал бы площадь на 400 квадратных миль больше, чем весь штат Род-Айленд.

Летом 2013 года, через год после открытия бозона Хиггса, группа физиков-специалистов по частицам собралась в Миннеаполисе и предложила создать 62-мильный коллайдер, который, как они заявили, позволил бы «изучить косвенные эффекты новой физики на W- и Z-бозоны, топ-кварк и другие системы»[25]. Такие предложения множатся как спам, мусорная почта или ползучие сорняки. Но рано или поздно чаша нашего терпения переполняется – даже в науке, которая, между прочем, тоже не является какой-то священной коровой.

В конце концов, это просто глупо: платить все больше – причем платить вечно, бесконечно, снова и снова – за все меньший объем знаний о гипотетических крупинках материи, которые уводят далеко в бесконечно малое на границу с абсолютным Ничто.

Физики, занимающиеся изучением фундаментальных частиц, явно никогда не слышали ни о «пределах роста», ни о каких-либо иных пределах. Но им точно надо познакомиться с этой концепцией, потому что фундаментальное не всегда и не автоматически важнее практического. Каждый доллар, потраченный на сверкающий новый мегаколлайдер, – это доллар, который уже не может быть потрачен на другие вещи, такие как больницы, разработка вакцин, предотвращение эпидемий, помощь пострадавшим от стихийных бедствий и так далее. Ускоритель частиц размером с небольшую страну явно уходит далеко за сколько-нибудь приемлемый финансовый горизонт, и вряд ли разумно приносить в жертву столь огромные средства ради крохотных подвижек в тайном, теоретическом, почти каббалистическом знании.

В некрологе Сверхпроводящему суперколлайдеру (Good-bye to the SSC, «Прощание с ССК») историк науки Дэниел Кевлс пишет, что фундаментальные исследования в физике следует продолжать, «но не любой ценой»[26]. Я с этим согласен. Некоторые научные знания просто не стоят затраченных на них средств.

Фальсифицируемость

Шон Кэрролл

Физик-теоретик, Калифорнийский технологический институт. Автор книги The Particle at the End of the Universe[27].

В мире, где научные теории часто выглядят странно и вступают в явное противоречие с интуицией, а абсурд в самом широком ассортименте пытается добиться признания в качестве «научной» истины, возникает проблема различения науки и не-науки – философы называют это «проблемой демаркации». Карл Поппер предложил знаменитый критерий фальсифицируемости: научной может считаться только такая теория, предсказания которой могут быть однажды опровергнуты.

Это ценная идея, но она далеко не полностью закрывает проблему. Поппера интересовали такие теории, как психоанализ Фрейда и политэкономия Маркса, которые он считал ненаучными. Вне зависимости от того, что на самом деле происходит с человеком или обществом, заявлял Поппер, подобные теории всегда смогут рассказать историю, в которой факты будут соответствовать теоретическим предположениям. Поппер противопоставлял им теорию относительности Эйнштейна, которая дала конкретные количественные предсказания, значительно опередившие свое время. (Одно из предсказаний общей теории относительности заключалось в том, что Вселенная должна расширяться или сжиматься, и это побудило Эйнштейна усовершенствовать теорию, потому что сначала он думал, что Вселенная на самом деле статична. Так что даже из этого примера видно, что критерий фальсифицируемости не так однозначен, как кажется.)

Современная теоретическая физика простирается в области, весьма далекие от повседневной жизни, и иногда ее связь с экспериментом становится, мягко говоря, неубедительной. Теория струн и другие подходы к проблеме квантовой гравитации включают феномены, которые, похоже, могут проявить себя только при энергиях, в громадной степени превосходящих те, которые доступны нам здесь, на Земле. Мультиверс в космологии и многомировая интерпретация квантовой механики постулируют существование реальностей, доступ к которым для нас невозможен. Некоторые ученые, опираясь на Поппера, предположили, что эти теории ненаучны, поскольку в принципе не опровергаемы.