Чудесно, думаю я; это еще уродливее, чем я предполагала. «Вы просто постулируете эту матрицу?» – спрашиваю я Сяогана.
«Да, – говорит он, – и я убежден, что все главные особенности Стандартной модели могут быть из этой матрицы получены. У нас еще нет полной модели, но все необходимые составляющие могут быть образованы кубитами на решетке».
«А что происходит со специальной теорией относительности?» – интересуюсь я.
«В точку! Вот об этом нам действительно стоит беспокоиться».
Действительно, думаю я, пока он объясняет, что специальная теория относительности «согласуется с кубитным подходом, но не естественным образом».
«Что значит “не естественным образом”?» – желаю я знать.
Оказывается, чтобы отладить специальную теорию относительности, Сяоган должен тонко настроить параметры модели. «Почему должно быть так, я не знаю, – говорит он. – Но если вы настаиваете, я могу это сделать».
Как только тонкая настройка будет осуществлена, кубитная модель Сяогана сможет примерно воспроизвести специальную теорию относительности, по крайней мере, так он мне говорит.
«Но калибровочные симметрии эмерджентны при низких энергиях?» – допытываюсь я, желая убедиться.
«Да», – подтверждает Сяоган. Учитывая, что «фундаментальная теория природы может и не иметь вообще симметрии», объясняет он, «нам в кубитной модели и не нужна никакая симметрия, чтобы на низких энергиях получить калибровочную».
Кроме того, говорит Сяоган, он и его коллеги нашли некоторые намеки на то, что модель может также содержать приближение общей теории относительности, хотя, подчеркивает он, точных выводов они пока не делали.
Я настроена скептически, но велю себе быть более открытой. Разве это не то, что я искала, – тропинка вне проторенной дороги? Разве на самом деле менее странно верить, что все состоит из струн, или петель, или некоего 248-размерного представления алгебры Ли, чем верить, что все состоит из кубитов?
Какой же явной дикостью должно выглядеть для человека, в последний раз имевшего дело с физикой в одиннадцатом классе, то, что людям платят за подобные идеи! Но ведь людям платят и за бросание мяча в кольцо, вспоминаю я.
«Как вашу работу приняли?»
«Плохо, – говорит Сяоган. – Специалистов по физике высоких энергий мало волнует то, что мы пытаемся сделать. Они спрашивают, зачем мы это делаем, поскольку думают, что Стандартной модели плюс теории возмущений вполне достаточно, а выходить за эти пределы, по их мнению, и не нужно».
Внезапно я понимаю, из чего исходит Сяоган. Дело вообще не в объединении взаимодействий. Он хочет вычистить грязную математику Стандартной модели.
Если вдруг у вас сложилось впечатление, что мы понимаем теории, с которыми работаем, вынуждена вас разочаровать – это не так. Мы даже не можем решить уравнения Стандартной модели, поэтому находим их приближенные решения с помощью так называемой теории возмущений.
Для этого мы сначала смотрим на частицы, вообще не взаимодействующие, чтобы понять, как они движутся в непотревоженном состоянии. Затем позволяем им сталкиваться друг с другом, но легонько, так, чтобы они не сшибали друг друга со своих траекторий слишком сильно. Затем мы производим последовательные уточнения, принимающие в расчет возрастающее число мягких столкновений, пока не достигнем желаемой точности вычислений. Будто сперва намечаем контур, а затем постепенно добавляем детали.
Однако этот метод работает только тогда, когда взаимодействие между частицами не слишком сильное – столкновения не чересчур жесткие, – поскольку иначе уточнения не становятся все более тонкими (то есть перестают быть уточнениями). Вот почему, например, трудно рассчитать, как кварки объединяются для формирования атомных ядер, ведь при низких энергиях сильное взаимодействие действительно сильно – и уточнения не становятся прецизионнее. По счастью, так как сильное взаимодействие ослабевает при высоких энергиях, расчеты для столкновений на Большом адронном коллайдере сравнительно просты.
Даже несмотря на то, что метод в некоторых случаях работает, мы знаем, что математика в конце концов даст сбой, поскольку уточнения становятся все деликатнее не до бесконечности. Для прагматичного физика метод, обеспечивающий корректные предсказания, вполне подходит, независимо от того, пришли ли математики к согласию относительно причин действенности этого метода. Однако, как заметил Сяоган, по большому счету мы не понимаем собственной теории. Возможно, мы допускаем промах в математике, а может, это намек на более глубокую проблему[95].
Вэнь Сяоган считает, что эта проблема получает незаслуженно мало внимания, а недостаток внимания означает недостаток экспериментов, которые помогли бы расставить все по местам. «Нам нужны новые эксперименты, которые заставляют людей взглянуть в лицо проблеме», – говорит он. И предлагает изучать поведение вещества в ранней Вселенной в тех случаях, с которыми нельзя справиться обычными приближениями.
Он прав, думается мне, жаль, что я недооценила его идею. Я совершенно забыла об этих общеизвестных проблемах. Никто о них вообще не упоминает.
«Когда я пытаюсь написать статью для специалистов в области квантовой гравитации и физики высоких энергий, а ведь исходно я и сам занимался физикой высоких энергий, то чувствую, насколько затруднено общение, – говорит Сяоган. – Стандартная точка зрения и стартовая точка сильно различаются. На наш взгляд, стартовая точка – просто много обычных кубитов. Но это ведет к калибровочной симметрии, [фермионам] и так далее. А красота эмерджентна. Это, увы, непопулярно, не мейнстрим».
• Проблемы согласованности служат эффективными подсказками при поиске новых законов природы. И это не вопрос эстетики.
• Но даже проблемы согласованности нельзя разрешить исключительно математически, без экспериментальной помощи, потому что сама формулировка проблемы зависит от допущений, принятых как истинные.
• Физики-теоретики виновны в том, что сложные вопросы заметают под ковер, а упор делают на тех вопросах, которые с большей вероятностью дадут пригодные для публикации результаты за короткое время.
• Причина сегодняшнего отсутствия прогресса может быть в том, что мы усиленно занимаемся не теми вопросами.
Глава 9Вселенная: все, что в ней есть, и даже больше
В которой я восхищаюсь тем, как же много выдумано способов объяснить, почему никто не видит изобретаемых нами частиц.
Законы как сосиски
Если вам кажется, что в последнее время было больше прорывных открытий, чем когда-либо прежде, вы правы. В 2015 году исследователи из Нидерландов подсчитали прилагательные, использующиеся в научных статьях, и обнаружили, что частота слов «беспрецедентный», «прорывной» и «новый» выросла на 2500 % или больше с 1974 по 2014 год. На втором месте оказались слова «оригинальный», «поразительный» и «перспективный», которые стали встречаться более чем на 1000 % чаще 164. Мы изо всех сил стараемся продать свои идеи.
Науку иногда называют «рынком идей», но он отличается от рыночной экономики прежде всего потребителями, нужды которых мы удовлетворяем. В науке специалисты удовлетворяют нужды только других специалистов, и мы оцениваем продукты друг друга. Окончательный вердикт основывается на нашей успешности в объяснении наблюдений. Однако в отсутствие экспериментальной проверки самым важным свойством, которым должна обладать теория, становится одобрение коллег.
Для нас, теоретиков, одобрение коллег, как правило, и определяет, будут ли вообще наши теории когда-либо подвергнуты проверке. Если оставить за скобками счастливое меньшинство, осыпанное призовыми деньгами, в современном научном мире судьба идеи зависит от анонимных рецензентов, выбираемых среди наших коллег[96]. Без их одобрения добыть финансирование на свои исследования сложно. Непопулярная теория, разработка которой требует больших затрат времени, чем может себе позволить исследователь без финансовой поддержки, скорее всего, обречена на скорую смерть.
Другое различие между рынком потребительских товаров и рынком идей состоит в том, что стоимость товара определяется рынком, а стоимость научного объяснения в конечном счете определяется его полезностью для описания наблюдений – просто эта стоимость зачастую неизвестна, когда исследователи должны решить, чему посвятить свое время. Таким образом, наука – не тот рынок, внутри которого создается стоимость, это скорее прогностическая платформа для определения стоимости извне. Функция научного сообщества и всех его институций – отбирать самые перспективные идеи и поддерживать их. Однако это означает, что в науке маркетинг не дает системе работать должным образом, поскольку искажает относящуюся к делу информацию. Ведь если все прорывное и новое, то ничто не таково.
Необходимость оценивать, какие идеи стоят того, чтобы получить отсутствующую экспериментальную поддержку, возникла сначала в фундаментальной физике, ведь в этой области исследований новые гипотезы проверить сложнее всего. Но эта проблема рано или поздно заявит о себе и в других дисциплинах. По мере того как добывать данные становится все сложнее, задержка по времени между разработкой теории и ее экспериментальной проверкой растет. И поскольку теории дешевы и изобильны, а эксперименты дороги и малочисленны, так или иначе нам приходится выбирать, какие теории стоят проверки.
Это не значит, что наши описания природы обречены оставаться социальными конструктами без всякой связи с реальностью. Наука – деятельность социальная, нет сомнений. Но пока мы осуществляем экспериментальные проверки, наши гипотезы завязаны на наблюдения. Вы могли бы возразить, что эксперименты тоже проводятся и оцениваются людьми, и это так – наука «определяется обществом» в том смысле, что ученые тоже люди и работают в сотрудничестве друг с другом. Но если теория работает, то она работает – и обзывание ее социальным конструктом становится бессмысленной претензией.