Уродливая Вселенная. Как поиски красоты заводят физиков в тупик. Сабина Хоссенфельдер. Саммари

Оригинальное название:

Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray

Автор:

Sabine Hossenfelder

www.smartreading.ru

Ученые любят естественность – но так ли это важно?

Физика[1] – наука о нашей Вселенной, а математика – язык, с помощью которого физика ее описывает. Физики стремятся найти порядок во Вселенной через математику, мечтая о заветной «теории всего» – красивой, элегантной и полной ответов, выраженных в совершенных уравнениях. Математическая стройность давно стала негласным критерием научной истины. Сабина Хоссенфельдер[2] видит в этом большую проблему: одержимость красотой уводит науку от реальных данных, которые не всегда вписываются в наши эстетические рамки.

Естественность в физике – это идея о том, что теория должна совпадать с наблюдениями «сама по себе», а не быть результатом точной настройки параметров, чтобы соответствовать экспериментальным данным. Если отклонение одного из параметров приводит к несоответствию с экспериментом, значит, параметры теории подогнаны для соответствия наблюдаемым значениям. Такая теория считается неестественной, или точно настроенной.

Классический пример точной настройки – масса бозона Хиггса в Стандартной модели. Согласно математическим вычислениям, квантовые флуктуации[3] вносят огромный вклад в его массу, и она превышает наблюдаемую в экспериментах (~125 ГэВ) в 1014 раз. Чтобы объяснить такое расхождение, в расчеты приходится вносить корректировки, что считается проявлением неестественности теории.

Естественность использовалась в качестве ориентира при разработке теорий с XVI века. Изначально это был вопрос эстетики: пропорций, симметрии и порядка.

Тихо Браге отвергал гелиоцентризм – вращение Земли вокруг Солнца – поскольку, по его наблюдениям, звезды в небе не двигаются (их движение смогли измерить только в XIX веке). По его мнению, это означало, что либо сама Земля не двигается в течение года, либо звезды находятся намного дальше, чем Солнце и другие планеты. Второй вариант Тихо Браге отверг, потому что он требовал «неестественно» больших чисел. Теперь мы знаем, что нет ничего неестественного в огромных расстояниях Вселенной.

Иоганн Кеплер пришел к выводу, что модель Солнечной системы, в которой планеты движутся вокруг Солнца по круговым орбитам, неверна. Его новая теория – планеты движутся вокруг Солнца по эллипсам, а не по окружностям – была встречена с неодобрением, потому что не соответствовала стандартам красоты и естественности. Его критиковали Галилео Галилей и Давид Фабрициус. Но Кеплер оказался прав.

Ученые защищают эстетический критерий. Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг считает, что красота теории свидетельствует о профессиональной интуиции ученого, который, ввиду своего опыта, считает теории красивыми, поскольку они верны.

Вайнберг любит проводить аналогию с разведением лошадей.

Когда опытный коневод называет лошадь красивой, за этим стоит нечто большее, чем просто эстетика, – красивые, по его мнению, лошади выигрывают скачки.

Хоссенфельдер возражает: точно так же, как опыт с лошадьми не поможет при создании автомобиля, наш опыт в отношении того, что «красиво» в физике (и математике), может основываться на устаревших идеях – достаточно вспомнить, как аргументы в пользу красоты уже подводили нас в прошлом. Нужно отталкиваться в первую очередь от наблюдений, а не ожиданий.

В XX веке эстетические принципы превратились в математические требования. Теперь физики-теоретики используют простоту, естественность и элегантность математических уравнений в качестве критериев оценки теорий.

Считается, что любая теория, содержащая неестественные числа – далекие от единицы, слишком большие или слишком малые, слишком близкие друг к другу, – сама по себе неестественна. Как именно далеко от единицы должно находиться число, зависит от субъективного мнения ученого, не без иронии подмечает Хоссенфельдер.

Действительно, в физике теории строятся на основе математики[4]. Она объективна и беспристрастна, и многие прорывные теории и правда отличаются математической элегантностью.

Теория относительности Эйнштейна, в корне изменившая наши взгляды на время и пространство, не только красива, но и точно описывает реальность.

Закономерно полагать, что именно красота математической структуры – признак истины, с этим согласны многие выдающиеся ученые. Почему же автор категорически против?

Важно понимать, что прошлые успехи часто выглядят красиво в ретроспективе. Мы ищем красоту до того, как найдем доказательства, – но новые идеи становятся красивыми только после того, как их докажут экспериментально.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

1

«Семь этюдов по физике», Карло Ровелли.

2

«Экзистенциальная физика. Руководство ученого по самым важным вопросам жизни», Сабина Хоссенфельдер.

3

Стандартная модель в физике – теоретическая конструкция, которая описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Квантовые флуктуации – это кратковременные изменения энергии, которые происходят на мельчайших масштабах пространства и времени.

4

«Исправляя математику. Образовательный план для эпохи искусственного интеллекта», Конрад Вольфрам.