1

Грядет ли конец физики?

Когда коммунистическая система потерпела крах, люди говорили о «конце истории». Сейчас в подобном же ключе звучат разговоры о «конце физики». Одни утверждают, что все фундаментальные проблемы поняты, а все великие вопросы – разрешены. Другие считают, что даже если некоторые фундаментальные проблемы до сих пор остаются неразрешенными, по большому счету они представляют собой лишь абстрактные конструкции, не играющие для человечества никакой роли. Итак, остались ли еще какие-нибудь «горячие» проблемы, которыми всерьез смогут заняться физики, или же последним придется с сожалением признать конец своей любимой науки?

Вопрос о конце физики далеко не нов. В 1890 году, видя, насколько успешно на протяжении многих столетий применялись ньютоновская механика и принципы разработанного Фарадеем и Максвеллом электромагнетизма, светила науки возвестили о наступившем финале в развитии физики. Однако, десять лет спустя этому счастливому состоянию пришел конец. Открытие радиоактивности, рентгеновских лучей и электрона положило начало новому миру. Вскоре после того, как эти открытия были сделаны, ученые выработали две революционные основы физики 20-го века -- квантовую механику и общую теорию относительности (величайший вклад Эйнштейна в современное естествознание), -- поднявшие физическую науку до новых высот.

Chicago Pollution

Climate Change in the Trumpocene Age

Bo Lidegaard argues that the US president-elect’s ability to derail global progress toward a green economy is more limited than many believe.

Итак, будет ли людское высокомерие обуздано в очередной раз? Чтобы представить возможные направления процесса развития физики, в первую очередь необходимо понять, как далеко она зашла в этом процессе. Физика возникла в 16 веке как набор основанных на математических принципах количественных законов, позволяющих человечеству познавать мир неживой природы. Таинства, ставившие в тупик древних, уступили место более сжатому набору принципов, которые можно было использовать для того, чтобы количественно выразить полет снаряда, падение яблока, орбиту Луны и траектории движения планет.

Благодаря физике определения пространства, времени, материи и энергии обрели точность. Сложные явления, такие как затмения, кометы, приливы, свойства материи (как то твердых тел, жидкостей и газов), устойчивость структур (например, мостов, башен или же судов), поведение света, процессы теплопередачи, температура, цвета радуги и тепловые излучения, электричество и магнетизм, гравитация и радиоактивность, -- все они были организованы в виде компактного числа «физических законов».

Двадцатое столетие принесло с собой глубинное понимание свойств физического мира, -- на сегодняшний день этот мир считается «понятым» физической наукой. Звезды, галактики, эволюция вселенной, равно как и биологические структуры, такие как белки, клетки и гены, – все они оказались в сфере компетенции физики.

В свете таких успехов, чего же еще остается достичь физике? Позвольте мне сосредоточиться на некоторых областях, сулящих важнейшие открытия в ближайшие десятилетия.

В физике частиц и в космологии мы в данное время находимся на пороге решения проблем, с древнейших времен ставящих естествознание в тупик: какова наименьшая структурная компонента материи? Как устроена Вселенная? Наша честолюбивая цель состоит в том, чтобы найти ответ настолько простой и элегантный, что его с легкостью можно было бы написать на груди футболки. Однако, на сегодняшиний день нами написано лишь резюме -- выразительное, но несовершенное, -- так называемая «Стандартная Модель», в которой вся реальность сводится примерно к дюжине элементарных частиц и к четырем ��сновным силам природы.

Почему эта «стандартная модель» несовершенна? Одним из ее недостатков является неэстетичность – иными словами, модель слишком сложна. Она не объясняет необходимость существования такого большого количества различных элементарных частиц; она также не говорит, почему эти частицы настолько отличаются друг от друга. Другим недостатком стандартной модели является то, что она не включает в себя одну из основополагающих сил в природе, а именно силу притяжения. Мы до сих пор находимся в процессе поиска простой, всеобъемлющей теории, в которая все эти силы были бы учтены.

Построение универсальной теории особенно важно для космологии: для понимания первооснов вселенной эта наука нуждается в мирном сосуществовании относительности (каковой является теория гравитации) и квантовой теории. Непосредственно после своего создания в результате Большого Взрыва 12 миллиардов лет тому назад вселенная была исключительно малой и сжатой, и законы физики, возможно, управляли лишь одним видом элементарных частиц и одной физической силой. Таким образом, унификация теории относительности и квантовой теории необходима нам для того, чтобы понять процесс возникновения на раннем этапе создания вселенной прочих элементарных частиц и физических сил.

Как только космологи найдут ответ на последний вопрос, они начнут понимать, каким образом эта сжатая вселенная начала расширяться, и почему более 90 процентов ее массы остается невидимой для наших измерительных приборов. С течением времени нам начнут открываться все существенные черты Космоса, и это объяснит, как одно единственное событие, случившееся миллиарды лет тому назад, привело к созданию не только галактик, звезд и планет, но также атомов, которые соединились и образовали живые существа, достаточно сложные для того, чтобы задуматься над своим происходждением и предназначением.

Несомненно, некоторые скажут, что физика вряд ли полностью объяснит эволюцию -- событие, лежащее в основе биологии и медицины. Тем не менее, я полагаю, что применение принципов физики к химии и в особенности к биологии также получит более широкое распространение. Поскольку биология становится количественной, строгой наукой, то техника, вычислительная мощь и основные законы физики будут оказывать на биологов все большее воздействие.

Fake news or real views Learn More

Действительно, в конечном счете физика может сыграть роль науки, объединяющей в себе все знания, которыми обладает человечество. Эдмунд О. Уилсон, знаменитый биолог из Гарварда, в своей книге «Совпадение» писал о возможном слиянии строгих дисциплин, общественных и гуманитарных наук. Как бы революционно это ни звучало, но наметки такого слияния уже сейчас можно увидеть сквозь призму человеческого сознания, поскольку деятельность человеческого мозга очевидно подчиняется законам физики, и эти законы можно подвергнуть логическому анализу, используя вероятностный подход квантовой теории и сложность теории хаоса.

Подчинит ли себе это знание эмоции, любовь, музыку, поэзию, искусство? Либо же этот научный союз явится очередной величайшей победой человеческого духа? Должны ли мы, выражаясь словами Китса, бояться «расплести радугу»? Ричард Фейнман, великий физик-теоретик, ответил просто, но весьма остроумно: «Может ли понимание механики звездной активности хоть в какой-дибо мере умалить восхищение красотой и великолепием ночного неба?»