Неприятности с физикой: взлёт теории струн, упадок науки и что за этим следует
Шрифт:
Это общее упрямство частично является результатом перехода от революционной науки к нормальной науке в 1940-е. Как и в политической революции, мятежи подавляются, если революция консолидирует свои достижения. В ранние годы было несколько соперничающих взглядов и идеологий по поводу интерпретации квантовой теории. К 1940-м одна идеология победила. Из уважения к лидерству Нильса Бора она была названа Копенгагенской интерпретацией. Бор и его последователи приняли участие в прекращении дебатов, и я был бы не удивлён, узнав, что они использовали рычаги академической политики, чтобы сделать это; с учётом их участия в изобретении ядерного оружия они определённо имели хорошие шансы на успех. Но даже те, кто не заботился об идеологии, а хотел только приблизить ход нормальной науки, имели мотивы, чтобы придушить дебаты по этой теме. Квантовая теория достигла великих успехов с практической и экспериментальной стороны, и те, кто выковал эти успехи, не захотели озаботиться ноющими сомнениями тех, кто продолжал беспокоиться, что имеются глубокие проблемы с тем, как теория была сформулирована и интерпретирована. Пора было идти дальше.
У тех, кто упорно продолжал сомневаться, было несколько выборов. Некоторые переквалифицировались в философов и стали публиковать длинные учёные рассуждения в философских журналах. Они создали небольшую субкультуру,
Одним их таких «хоббитов» был Джон Стюарт Белл, который открыл в начале 1960-х ключевую теорему по поводу теорий со скрытыми переменными. Он построил свою карьеру на хорошей работе в физике частиц, но сегодня, через несколько лет после его смерти ясно, что его самым важным вкладом была его работа по квантовой теории. Белл временами цитируется как говоривший, что необходимо было делать нормальную науку и только 10 процентов своего времени тратить на озабоченность по поводу квантовой теории. Когда появилось это изречение, мой коллега по Пограничному институту Люсьен Харди попытался порассуждать на тему, насколько больший вклад в науку мог бы внести Белл, если бы он больше времени уделял той области, где он оказал наибольшее влияние, — за исключением того, что тогда он, вероятно, совсем не имел бы работы.
Не удивительно, что в течение этого периода в основаниях квантовой механики был сделан минимальный прогресс. И как могло быть иначе? Конечно, часто находились достаточные основания, чтобы не приглашать на работу, не финансировать или не публиковать тех немногих людей, кто делал прогресс.
Теперь мы знаем, насколько не правы были скептики. Около двадцати лет назад Ричард Фейнман и некоторые другие поняли, что мы могли бы сделать новый вид компьютеров с существенным использованием квантовых явлений. Предложение почти совершенно не исследовалось до более детального плана квантового компьютера, которое было сделано в 1985 году Дэвидом Дойчем, в настоящее время работающим в Центре квантовых вычислений в Оксфорде [148] . Нет более основательного мыслителя, чем Дойч; он был мотивирован на изобретение квантовых компьютеров своей тревогой по поводу фундаментальных проблем как в математике, так и в квантовой теории. Истинно оригинальным и ясным мыслителем он выступил в своей провокационной книге «Ткань реальности» [149] , в которой он детально обдумал свои много-мировые теории. Я не согласен со многим из того, что он пишет, но я люблю эту книгу.
148
D. Deutsch, Proc. Roy. Soc. A, 400: 97-117 (1985).
149
David Deutsch, The Fabric of Reality: The Science of Parallel Universes and Its Implications <Ткань реальности: наука параллельных вселенных и её следствия> (London: Penguin, 1997).
В 1994 году Петер Шор из Массачусетского технологического института, который тогда был учёным по компьютерам в Лаборатории Белла, нашёл замечательный результат, что достаточно большой квантовый компьютер мог бы быть в состоянии взломать любой существующий шифр [150] . С тех пор в область квантовых вычислений полился поток денег, поскольку правительства не хотели быть последними, чтобы их шифры взломали. Эти деньги поддержали новое поколение молодых, очень умных учёных — физиков, компьютерщиков и математиков. Он создали новую область на стыке физики и компьютерной науки, важная часть из которой содержит переосмысление оснований квантовой механики. Неожиданно квантовые вычисления стали горячей областью с большим количеством новых идей и результатов. Некоторые из этих результатов имеют отношение к основаниям, и многое могло бы быть открыто в любой момент с 1930-х. Это ясный пример того, как подавление области исследований академической политикой задерживает прогресс на десятилетия. В 1999 году после семи лет изоляции в Риме Антони Валентини вернулся назад в родительский дом в Лондоне. Его семья эмигрировала из небольшой деревни в Аббруззо; они приобрели маленький магазин и были готовы поддержать его в его работе, пока это возможно. Я встретился с ним в этот год, когда я был приглашённым профессором в Империал колледже, и после обсуждения с Кристофером Исхамом, возглавляющим здесь теорию групп, мы решили предложить ему постдока и привести его обратно в науку. Мы смогли сделать это, поскольку я имел неожиданную и щедрую поддержку от донора, который оказался озабоченным основаниями квантовой механики. Я чувствовал, что поддержка Валентини как поддержка одного из немногих людей, которая обеспечивает, что он мог бы сделать вклад в новые и важные результаты в данной области, приведёт к тому, что деньги будут хорошо использованы. Если бы я поддерживался только средствами от Национального научного фонда, я не смог бы сделать это. Как ни щедр был Национальный научный фонд по отношению ко мне в моей работе по квантовой гравитации, разделение гранта с постдоком, работающим над основаниями квантовой теории, могло бы испортить шансы финансирования в будущем.
150
P.W. Shor, «Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on Quantum Computer,» <Полиномиальные временные алгоритмы для начального разложения логарифмов для квантового компьютера> .
Сейчас Валентини присоединился к нам в Пограничном институте. Он всё ещё работает над своей книгой по скрытым переменным, но, тем временем, он стал ведущей фигурой в области оснований квантовой теории, приглашённым спикером на многих конференциях по этой теме. Сейчас он публикуется регулярно, и его самая недавняя работа касается нового смелого плана тестирования квантовой механики с помощью наблюдения рентгеновских лучей, которые возникают вблизи чёрных дыр [151] . Подобно Джулиану Барбуру, годы его изоляции позволили ему заняться научным самообразованием, и сейчас нет более проницательного или компетентного критика во всей области квантовой теории.
151
A. Valentini, «Extreme Test of Quantum Theory with Black Holes» <Особая проверка квантовой теории с помощью чёрных дыр> .
Вспомним, почему Барбур и Валентини не смогли бы ничего совершить, если бы они пытались получить обычную академическую карьеру. В течение этапа, когда обычно становятся доцентами или адъюнкт-профессорами{25}, тяжело работая, чтобы опубликоваться и получить достаточную известность, чтобы выиграть приглашения и исследовательские гранты, необходимые для получения должности, они ничего не публиковали. Но они совершили великое дело. Они думали, причём более глубоким и сфокусированным образом, чем это может делать доцент, над единственной упрямой основополагающей проблемой. Когда они проявились, грубо через десять лет, каждый имел проработанную, оригинальную и сложившуюся точку зрения, которая и привела к тому, что они быстро стали влиятельными. Авторитет, заработанный за счёт прошедших лет концентрированного изучения и обдумывания, и представленный в виде кое-чего нового и важного, сделал их необходимыми для людей, которые заботятся об этих проблемах.
Для пророков необходимость быть в одиночестве в течение продолжительного периода в начале карьеры и часто в последующие периоды является важной. Александр Гротендик называется некоторыми самым влиятельным и провидческим из ныне живущих математиков. Он имел самую необычную карьеру. Некоторые из его главных вкладов, которые были плодотворны, никогда не публиковались, но рассылались почтой — в форме писем на сотнях страниц длиной, которые посылались друзьям, а затем передавались из рук в руки среди небольших кружков людей, которые смогли бы прочитать их. Его родители были беженцами от политических репрессий и войны; он вырос в лагере беженцев после Второй мировой войны. Он возник в математическом мире Парижа как будто из ниоткуда. После короткой, но экстраординарно важной карьеры он почти совершенно отошёл от научной жизни в 1970-е, по крайней мере, частично, поскольку он отвергал военное финансирование для математики. Он совсем исчез в 1991 году, и хотя молва говорит, что он живёт как отшельник в Пиренеях, его местонахождение всё ещё не определено. Ясно, он представляет собой экстремальный случай. Но вы должны были бы видеть выражение восхищения, удивления и, возможно, даже смятения на лицах некоторых очень хороших математиков всякий раз, когда возникало его имя. Вот как он описывает некоторые из своих ощущений:
В те критические годы я научился, как быть одному. [Но даже] эта формулировка на самом деле не ухватывает вкладываемого мной смысла. Я не учился в любом буквальном смысле быть одному по простой причине, что это знание никогда не забывалось во время моего детства. Это основная способность всех из нас со дня нашего рождения. Однако эти три года работы в изоляции [1945–1948], когда я полагался на мои собственные ресурсы, следуя руководящим указаниям, которые я себе спонтанно придумал, привили мне высокую степень убеждённости, всё ещё скромно продолжающейся, в моей способности делать математику, которая не обязана никакому консенсусу или моде, которая принимается как закон… Этим я намерен сказать: добиваться моим собственным путём вещей, которые я хотел изучить, вместо того, чтобы полагаться на понятие консенсуса, публичного или подразумеваемого, который происходит от более или менее широкого клана, членом которого я себя считаю, или который по любой другой причине накладывает утверждения, которые принимаются как авторитетные. Этот молчаливый консенсус сообщал мне как в лицее, так и в университете, что не нужно беспокоиться, заботясь о том, что на самом деле подразумевается, когда используется термин, подобный «объёму», который «явно самоочевиден», «общеизвестен», «не проблематичен» и т. д… В самом этом действии «выхода за пределы» есть нечто, что вместо обеспечения консенсуса означает отказ стоять в жёстком круге, который очертили другие вокруг тебя, — в этом одиночном акте есть то, что ты находишь правильным творчеством. Все другие вещи следуют как должное.
С тех пор в мире математики, который приветствует меня, я получил шанс встретиться с некоторым количеством людей, как среди более старших, так и среди более молодых в моей общей возрастной группе, которые были намного более выдающимися, намного более «одарёнными», чем был я. Я восторгался лёгкостью, с которой они, будто играя, улавливали новые идеи, жонглировали ими, как если бы они были привычны с колыбели, — в то время как я сам чувствовал себя неловким, даже туповатым, мучительно взбираясь на крутой путь, подобно глупому быку, стоящему перед аморфной горой вещей, которые я изучил (так я был убеждён), вещей, сущность которых я себя чувствовал неспособным понять или проследить до конца. На самом деле ко мне мало относится то, что определяет тип яркого студента, который побеждает в престижных соревнованиях или осваивает, почти с помощью ловкости рук, большинство неприступных тем.
Фактически, большинство из тех приятелей, которых я оцениваю как более выдающихся, чем я, двигались в направлении, чтобы стать знаменитыми математиками. Однако с точки зрения тридцати или тридцатипятилетнего возраста я могу констатировать, что их вклад в математику нашего времени не был очень глубоким. Они все имеют сделанные вещи, часто превосходные вещи в рамках того, что уже было установлено до них и что они не имели склонности нарушать. Не зная этого, они остались узниками тех невидимых и деспотических кругов, которые ограничивают вселенную определённой средой данной эпохи. Чтобы разбить это границы, они должны были бы открыть в себе заново ту способность, которая дана им с рождения, как это было со мной: способность быть одному [152] .
152
Alexander Grothendieck, Recoltes et Semailles, <Сбор урожая> 1986, английский перевод Роя Лискера,глава 2.
Является штампом вопрос о том, мог бы молодой Эйнштейн получить сегодня приглашение на работу в университете. Ответ, очевидно: нет; он не получил приглашение на работу даже тогда. Сегодня мы намного более профессионализированы, и приглашение на работу основывается на обязательном соревновании среди людей, в высшей степени подготовленных в узком техническом мастерстве. Но из некоторых других, о ком я упомянул, каждый не смог получить работу. Если мы имеем вклад этих людей, это происходит вследствие их великодушия — или, может быть, их настойчивости — в продолжении работы без поддержки академического мира, обычно предоставляемой учёным.