Мир физики и физика мира. Простые законы мироздания

Тем временем физики-теоретики отнюдь не сидели сложа руки, ожидая новостей от своих коллег-экспериментаторов. Так и не дождавшись ничего нового, увлеченные великолепием своего математического аппарата, они устремились вперед. Не успел Эдвард Виттен в 1990-х годах предложить новую версию теории струн (М-теорию), как в 1997 году Хуан Мальдачена выдвинул новую мощную идею. Она известна под названием теории калибровочной/гравитационной дуальности (или, если использовать технический термин, теории AdS/CFT[35]) и описывает, как струны в теории струн соотносятся с полевыми теориями, касающимися трех видов квантового взаимодействия. Эта математическая идея позже получила более широкое распространение и стала применяться для решения задач в других областях теоретической физики, таких как гидродинамика, кварк-глюонная плазма и конденсированное состояние, а работа Мальдачены стала одной из основополагающих в современной теоретической физике и на сегодня набрала 17 000 цитирований в других статьях.

Мощные идеи, подобные теории калибровочной/гравитационной дуальности, убеждают многих физиков в том, что теория струн – тот путь, по которому надо двигаться дальше. Но даже если окажется, что она не является верной теорией квантовой гравитации, она сделала большое дело – обеспечила физиков полезным и точным математическим инструментарием для доказательства того, что на самом деле существует способ последовательного объединения квантовой механики и общей теории относительности, так что у нас появляется надежда, что такая унификация в принципе возможна. Но факт остается фактом: теория калибровочной/гравитационной дуальности или теория струн не становятся верными только оттого, что они прекрасны с математической точки зрения.

Тогда что нам поможет получить окончательный ответ на наш вопрос? Может, теория струн или исследователи, работающие над теорией квантовой информации, которые пытаются создать квантовые компьютеры, а может быть, теория конденсированного состояния. Становится все более ясно, что во всех этих областях применим один и тот же математический аппарат. В поисках верной теории квантовой гравитации нам, возможно, даже не понадобится квантовать гравитацию. Вероятно, попытки силой сблизить теорию квантового поля и общую теорию относительности – не совсем верный путь. Есть некоторые свидетельства в пользу того, что теории квантовых полей содержат в себе сущность искривленного времени-пространства и что общая теория относительности может оказаться ближе к квантовой механике, чем мы всегда себе представляли.

Очень хотелось бы знать, какие из многих научных идей, о которых шла речь в этой главе, окажутся верными, а что придется выбросить в мусорный бак как ложные. Лично для меня важнейший вопрос физики, мучивший меня в течение всей моей профессиональной жизни и на который еще нет ответа, таков: какая из интерпретаций квантовой механики является верной? В главе 5 я упомянул несколько возможных вариантов и сказал, что многие физики считают, что это чисто философский вопрос, поскольку он не помешал применять квантовую механику на практике и не замедлил прогресса в физике. Однако все большее количество ученых, включая и вашего покорного слугу, приходят к выводу, что квантовая механика – чрезвычайно важная область физики, и предполагают, что решение давней загадки правильной интерпретации в конечном счете приведет к рождению новой физики. Возможно, этот вопрос даже связан с парой других важнейших проблем фундаментальной физики, таких как природа времени или окончательный вариант теории квантовой гравитации.

Иногда кажется, эти препятствия так трудно преодолеть, что я бы не удивился, если бы нам для этого понадобился мощный искусственный интеллект. Вероятно, созданный нами ИИ окажется следующим Ньютоном или Эйнштейном, а нам придется признать, что наш ничтожный человеческий мозг просто недостаточно хорош, чтобы нам удалось самостоятельно познать конечную природу реальности, в которой мы живем[36].

Эту главу я посвятил будущему науки, в основном отношению математической физики и физики экстремальной, в мельчайшем и в крупнейшем масштабах. Но разве это справедливо? Разве это и есть настоящие современные рубежи? Успехи физики не должны касаться только всего самого мелкого и самого крупного: масштабы реальной жизни (с позиции размеров и энергии) представляют не меньший интерес. Вообще, с точки зрения того, как физика изменит нашу жизнь в XXI веке, особенный интерес вызывают физика конденсированного состояния и квантовая оптика, а также области, в которых физика соприкасается с химией, биологией и техникой. Поэтому я попробую на примере этих областей науки показать в следующей главе, как применение физики на практике изменяет наш мир. Мы исследуем, как скажут некоторые, более практически ориентированные аспекты физической науки.

Глава 9. Полезность физики