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

Эпоха до и после 1974 года принесла нам не только теорию струн, Великое объединение и суперсимметрию, но и нечто, именуемое аргументом «естественности». Мысль здесь в том, что наша лучшая модель физики частиц, Стандартная модель – это всего лишь «эффективная теория», приближение, актуальное только в масштабе наблюдаемых расстояний. Покойный Кеннет Уилсон учил нас, как пользоваться методом «ренормализационной группы» ( renormalization group ) не только для того, чтобы экстраполировать поведение теории на короткие расстояния, которые мы не можем наблюдать, но и действовать в обратном порядке, то есть находить эффективную теорию для фундаментальной теории, определенной на ненаблюдаемо коротких расстояниях.

«Естественность» стала частью спекулятивной картины, появившейся в середине 1970-х: сложная новая физика, включающая ненаблюдаемые струны и ненаблюдаемых суперпартнеров, постулированная для очень коротких расстояний, причем «естественная» теория и была тем единственным, что оставалось видимым для нас. В этой картине как раз техническая «естественность» гарантирует, что мы не можем видеть никаких сложностей, привнесенных ненаблюдаемо малыми струнами или суперпартнерами.

Уилсон был одним из первых, кто указал, что Стандартная модель является в основном «естественной», хотя и не полностью таковой, имея в виду поведение частицы Хиггса. Сначала он доказывал, что это означает, что с энергиями Большого адронного коллайдера (БАК) мы должны увидеть не частицу Хиггса, а что-то другое. Сторонники идеи суперпартнеров доказывали, что такие частицы должны существовать примерно при таких же энергиях, как и частица Хиггса, поскольку – если так – их можно было бы использовать, чтобы отменить «неестественность». Задолго до того, как запустили БАК, Уилсон отмел этот аргумент как грубо ошибочный, решив, что нет никаких веских причин не увидеть «неестественную» частицу Хиггса. Чувствительность его поведения к тому, что происходит на очень коротких расстояниях, не является веским аргументом против этого, поскольку мы просто не знаем, что именно происходит на таких расстояниях.

Наблюдение в БАК частицы Хиггса (но не суперпартнеров) вызвало среди теоретиков великое оцепенение. Случилось нечто такое, чего просто не могло быть, – в этом были согласны все доказательства, полученные за последние 40 лет и уже закрепленные в учебниках. Выдвигаются предположения, что это еще одно свидетельство в пользу существования Мультивселенной. С этой «антропной» точки зрения, пусть что-то происходит на коротких расстояниях где-то в далеких вселенных-пузырьках, разбросанных по Мультивселенной, но в нашей Вселенной-пузырьке мы видим нечто «неестественно» простое, потому что иначе нас бы здесь не было. Появление таких доводов показывает, что отправить в отставку аргумент «естественности» (вместе с запредельной сложностью теории струн и суперпартнеров) нужно было уже давно.

Почетный профессор физики, Институт перспективных исследований. Автор книги A Many-colored Glass: Reflections on the Place of Life in the Universe («Разноцветное стекло: Размышления о месте жизни во Вселенной»).

Девяносто лет назад Эрвин Шрёдингер придумал волновую функцию как метод описания поведения атомов и других маленьких объектов. Согласно правилам квантовой механики, движение объектов непредсказуемо. Волновая функция говорит нам только о вероятностях возможных движений. Когда объект наблюдается, наблюдатель видит, где тот находится, и неопределенность движения исчезает. Знание устраняет неопределенность. Здесь нет никакой загадки.

К сожалению, те, кто пишет о квантовой механике, часто используют выражение «коллапс волновой функции», чтобы объяснить то, что происходит, когда объект наблюдается. Эта фраза вводит в заблуждение, наводя на мысль, что сама волновая функция является физическим объектом. Физический объект может коллапсировать, если врезается в препятствие. Но волновая функция не может быть физическим объектом. Волновая функция – это описание вероятности, а вероятность – это признание в неведении. Неведение не есть физический объект, и волновая функция тоже. Когда новое знание приходит на смену неведению, с волновой функцией не происходит коллапса; она просто становится ненужной.

Физик, Оксфордский университет. Автор книги The Beginning of Infinity: Explanations That Transform the World [18] Дэвид Дойч. Начало бесконечности. Объяснения, которые меняют мир / пер. Марии Талачевой. М.: Альпина нон-фикшн, 2017. . Лауреат премии Edge.org в области компьютерных наук.

Термин «квантовый скачок» вошел в повседневный обиход как метафора большого изменения, нарушающего непрерывность. Он также широко распространен в обширной, но весьма унылой области лженауки и мистицизма.

Этот термин пришел из физики и действительно используется физиками (хотя редко употребляется в печатных работах). Он указывает на тот факт, что множество состояний квантовой физической системы часто бывает дискретно. Однако в квантовой физике нет такого явления, как квантовый скачок. Согласно законам квантовой теории, изменение всегда непрерывно и в пространстве, и во времени. Хорошо, возможно, некоторые физики всё еще признают одно исключение, а именно так называемый коллапс волновой функции, когда объект сознательно и намеренно наблюдается. Но эта бессмыслица – не та бессмыслица, которую я в данном случае имею в виду. Я говорю о заблуждениях, относящихся даже к субмикроскопическому миру, например таких: «Когда электрон в состоянии высокой энергии переходит на уровень с более низкой энергией, испуская фотон, он совершает квантовый скачок с одной орбиты на другую, не проходя через промежуточные состояния».

Или еще хуже: «Когда электрон в туннельном диоде подходит к барьеру, на проникновение через который у него не хватает энергии (так что по законам классической физики он бы отскочил), квантовый феномен туннелирования позволяет ему таинственным образом появиться по другую сторону барьера, при этом не побывав в районе, где у него была бы отрицательная кинетическая энергия».

Правда заключается в том, что в таких ситуациях электрон имеет не какую-то одну энергию или позицию, а набор энергий и позиций, и сам этот допустимый набор может изменяться со временем. Если бы весь ряд энергий туннелирующей частицы был ниже требуемого для преодоления барьера, то она бы действительно отскочила. А если бы электрон в атоме действительно был на дискретном уровне энергии и не произошло бы никакого вмешательства, способного это изменить, то электрон никогда бы не совершил переход ни к какой другой энергии.