У Ли Смолина есть радикальная идея о том, как понять объект, не имеющий внешней оболочки: представьте, что он строится по частям из взаимосвязей между событиями. Комментарий Сохранить статью Прочитать позже
Ли Смолин в своем доме в центре Торонто.
Введение
Вселенная — своего рода невозможный объект. У неё есть внутренняя часть, но нет внешней; это односторонняя монета. Эта архитектура Мёбиуса представляет собой уникальную задачу для космологов, которые оказываются в неловком положении, застряв внутри той самой системы, которую они пытаются постичь.
Это ситуация, о которой Ли Смолин размышлял большую часть своей карьеры. Физик из Института теоретической физики Периметр в Ватерлоо, Канада, Смолин работает на сложном стыке квантовой механики, теории относительности и космологии. Не позволяйте его мягкому голосу и тихой манере поведения обмануть вас — он известен как мыслитель-бунтарь и всегда следовал своему собственному пути. В 1960-х годах Смолин бросил школу, играл в рок-группе Ideoplastos и издавал андеграундную газету. Желая строить геодезические купола, как Р. Бакминстер Фуллер, Смолин самостоятельно изучил высшую математику — ту же самую математику, как оказалось, которая нужна для работы с уравнениями общей теории относительности Эйнштейна. В тот момент, когда он это понял, он стал физиком. Он учился в Гарвардском университете и занимал должность в Институте перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, в конечном итоге став одним из основателей Института Периметр.
«Периметр», по сути, идеально подходит для описания положения Смолина на границе общепринятой физики. В то время как большинство физиков с головой окунулись в теорию струн, Смолин сыграл ключевую роль в разработке конкурирующей теории петлевой квантовой гравитации. Когда большинство физиков утверждали, что законы физики неизменны, он утверждал, что они развиваются в соответствии с своего рода космическим дарвинизмом. Когда большинство физиков утверждали, что время — это иллюзия, Смолин настаивал на его реальности.
Смолин часто черпает вдохновение в беседах с биологами, экономистами, скульпторами, драматургами, музыкантами и политологами. Но, пожалуй, наибольшее вдохновение он находит в философии, в частности, в трудах немецкого философа Готфрида Лейбница, жившего в XVII и XVIII веках и вместе с Исааком Ньютоном изобретшего исчисление. Лейбниц утверждал (вопреки Ньютону), что во вселенной нет фиксированного фона, нет «вещества» пространства; пространство — это всего лишь удобный способ описания отношений. Эта реляционная структура захватила воображение Смолина, как и загадочный текст Лейбница «Монадология», в котором Лейбниц предполагает, что фундаментальным ингредиентом мира является «монада», своего рода атом реальности, причем каждая монада представляет собой уникальный взгляд на всю вселенную. Эта концепция лежит в основе последних работ Смолина: он пытается выстроить реальность из точек зрения, каждая из которых представляет собой частичный взгляд на динамично развивающуюся вселенную. Вселенную, увиденную изнутри.
Журнал Quanta Magazine поговорил со Смолиным о его подходе к космологии и квантовой механике, который он подробно изложил в своей недавней книге «Незаконченная революция Эйнштейна». Интервью сокращено и отредактировано для ясности.
У вас есть лозунг: «Первым принципом космологии должно быть: нет ничего вне Вселенной».
В различных формулировках законов физики, таких как ньютоновская механика или квантовая механика, существует фоновая структура — структура, которая должна быть определена и фиксирована. Она не подвержена эволюции, на неё не влияют никакие происходящие события. Это структура, находящаяся вне моделируемой системы. Это каркас, на котором мы строим наблюдаемые объекты — наблюдателя, часы и так далее. Утверждение, что вне Вселенной нет ничего — нет наблюдателя вне Вселенной — подразумевает, что нам нужна формулировка физики без фоновой структуры. Все существующие физические теории, так или иначе, применимы только к подсистемам Вселенной. Они неприменимы к Вселенной в целом, поскольку требуют наличия этой фоновой структуры.
Если мы хотим создать космологическую теорию, понять природу в космологическом масштабе, нам необходимо избежать того, что мы с философом Роберто Унгером назвали «космологическим заблуждением» – ошибочного убеждения, что мы можем взять теории, применимые к подсистемам, и масштабировать их на всю Вселенную. Нам нужна формулировка динамики, которая не ссылается на наблюдателя, измерительный прибор или что-либо вне системы. Это означает, что нам нужна теория иного типа.
Недавно вы предложили такую теорию, в которой, как вы выразились, «история Вселенной состоит из различных взглядов на неё саму». Что это значит?
Это теория о процессах, о последовательностях и причинно-следственных связях между происходящими вещами, а не о внутренних свойствах существующих вещей. Основополагающим компонентом является то, что мы называем «событием». События — это то, что происходит в одном месте и в одно время; в каждом событии присутствует некоторый импульс, энергия, заряд или другая различная физическая величина, которую можно измерить. Событие имеет отношения с остальной частью Вселенной, и этот набор отношений составляет его «взгляд» на Вселенную. Вместо того, чтобы описывать изолированную систему в терминах вещей, измеряемых извне, мы рассматриваем Вселенную как состоящую из отношений между событиями. Идея состоит в том, чтобы попытаться переформулировать физику в терминах этих взглядов изнутри, как она выглядит изнутри Вселенной.
Как вы это делаете?
Существует множество представлений, и каждое из них содержит лишь частичную информацию об остальной Вселенной. Мы предлагаем в качестве принципа динамики, что каждое представление должно быть уникальным. Эта идея исходит из принципа Лейбница о тождестве неразличимых. Два события, представления которых точно отображаются друг на друга, по определению являются одним и тем же событием. Поэтому каждое представление уникально, и вы можете измерить степень его отличия друг от друга, определив величину, называемую «разнообразием». Если представить узел на графе, вы можете сделать один шаг, два шага, три шага. Каждый шаг даёт вам окрестность — окрестность в один шаг, окрестность в два шага, окрестность в три шага. Таким образом, для любых двух событий можно задать вопрос: сколько шагов нужно сделать, чтобы их представления разошлись? В какой окрестности они различаются? Чем меньше шагов нужно сделать, тем более различимы представления. Идея этой теории заключается в том, что законы физики — динамика системы — работают на максимизацию разнообразия. Этот принцип — что природа стремится максимизировать разнообразие — фактически приводит, в рамках описанной мной схемы, к уравнению Шредингера и, следовательно, к восстановлению, в соответствующем пределе, квантовой механики.
Нажимая кнопку просмотра этого видео, вы соглашаетесь с нашей политикой конфиденциальности.Видео : Ли Смолин исследует проблему понимания Вселенной с точки зрения пребывания внутри нее, а также необходимость для физиков знать философию.
Из вашей книги я знаю, что в душе вы реалист — твёрдо верите в реальность, независимую от наших знаний о ней, — и поэтому, подобно Эйнштейну, считаете квантовую механику неполной. Помогает ли эта теория взглядов восполнить то, чего, по вашему мнению, не хватает в квантовой теории?
Эйнштейн, как и некто по имени Лесли Баллентайн, отстаивал «ансамблевую интерпретацию» волновой функции [математического объекта, представляющего квантовую систему]. Идея заключалась в том, что волновая функция описывает ансамбль возможных состояний. Но однажды я сидел в кафе и работал, и вдруг подумал: а что, если этот ансамбль реален? Что, если волновая функция, описывающая одну молекулу воды, на самом деле описывает ансамбль всех молекул воды во Вселенной?
Итак, тогда как обычно мы думаем, что существует одна молекула воды, но неопределенность ее состояний, вы утверждаете, что неопределенность состояний на самом деле представляет собой ансамбль всех молекул воды во Вселенной?
Да. Они образуют ансамбль, поскольку имеют очень схожие взгляды. Все они взаимодействуют друг с другом, поскольку вероятность взаимодействия определяется сходством взглядов, а не обязательно их пространственной близостью.
Разве вещам не обязательно находиться рядом друг с другом, чтобы взаимодействовать?
В этой теории сходство точек зрения более фундаментально, чем пространство. Часто два события имеют схожие точки зрения, поскольку они находятся близко в пространстве. Если два человека стоят рядом, их точки зрения на Вселенную очень похожи, перекрываясь. Но у двух атомов гораздо меньше реляционных свойств, чем у больших и сложных объектов, таких как люди. Поэтому два атома, далеко разнесённых в пространстве, всё ещё могут иметь очень похожие точки зрения. Это означает, что в наименьшем масштабе должны быть высоконелокальные взаимодействия, что и происходит при запутанности в квантовой механике. Именно отсюда, согласно формулировке действительного ансамбля, и возникает квантовая механика.
Отрывок из «Монадологии», вдохновивший Смолина на его последнюю работу.
Это напоминает мне многочисленные исследования, которые сейчас ведутся в физике и направлены на обнаружение удивительных связей между запутанностью и геометрией пространства-времени.
Я считаю, что многие из этих работ действительно интересны. Гипотеза, лежащая в их основе, заключается в том, что запутанность — фундаментальная основа квантовой механики, а геометрия пространства, или пространства-времени, возникает из структур запутанности. Это очень позитивное развитие.
Вы сказали, что эти идеи были вдохновлены «Монадологией» Лейбница. Вы случайно не перечитали свою «Монадологию»?
Впервые я прочитал Лейбница по настоянию Джулиана Барбура, когда только окончил аспирантуру. Сначала я прочитал переписку Лейбница с Сэмюэлем Кларком, последователем Ньютона, в которой Лейбниц критиковал ньютоновское понятие абсолютного пространства и абсолютного времени и утверждал, что наблюдаемые величины в физике должны быть реляционными. Они должны описывать отношения одной системы с другой, возникающие в результате их взаимодействия. Позже я прочитал «Монадологию». Я читал её как набросок того, как создать независимую от фона физическую теорию. Время от времени я пересматриваю свой экземпляр. Там есть прекрасная цитата Лейбница: «Подобно тому, как один и тот же город, рассматриваемый с разных сторон, кажется совершенно разным… существует, так сказать, столько же различных вселенных, которые, тем не менее, являются лишь перспективами одной, соответствующими различным точкам зрения каждой монады». На мой взгляд, это объясняет, почему эти идеи так актуальны не только в физике, но и в самых разных областях: от социальной политики и постмодернизма до искусства и понимания того, каково это — быть личностью в многообразном обществе. Но это уже другой разговор!
Смолин проводит простой расчёт в своей «причинной теории взглядов». Эта теория описывает информацию, которую каждое событие имеет о событиях в своём ближайшем прошлом, называемую «взглядом» на событие. Вселенная растёт путём непрерывного создания новых событий, следуя закону, который максимизирует разнообразие всех этих частичных взглядов на неё.
На вашу работу сильно повлияла философия. Оглядываясь назад, можно сказать, что такие люди, как Эйнштейн, Бор и Джон Уилер, относились к философии очень серьёзно; она напрямую влияла на их физику. Похоже, это черта великих физиков, и всё же…
И также невеликих физиков.
Ладно, справедливо! Похоже, сегодня говорить о философии в физике стало почти табу. А у вас был такой опыт?
Вовсе нет. Многие ведущие теоретики фундаментальной физики, целью которой является углубление наших знаний о фундаментальных законах, прекрасно разбираются в философии. Будучи студентом Хэмпширского колледжа, я много изучал физику и несколько курсов философии. Затем, поступив в Гарвард, я намеревался получить двойную докторскую степень — по физике и философии, но довольно быстро разочаровался в философии. Физики, конечно, были достаточно высокомерны. Но философы — ещё более.
В начале XX века, когда в Европе происходили революции в физике, такие люди, как Эйнштейн, Бор, Гейзенберг, Шредингер и другие, были прекрасно образованы в области философии, и это оказало влияние на их работу. Затем произошёл этот прагматический поворот, когда доминирующим направлением в физике стал антифундаментальный, антифилософский подход.
Историк физики Дэвид Кайзер из Массачусетского технологического института подробно изучил этот вопрос. Он изучил учебники и конспекты лекций по квантовой механике и увидел, как в 1940-х и 1950-х годах ссылки на философию и фундаментальные вопросы исчезли из курсов квантовой механики. Фримен Дайсон однажды сказал: «Обычно молодёжь — бунтари, а старики — консерваторы, но в его поколении всё было наоборот». Молодёжь не хотела слушать о сложных философских вопросах или фундаментальных вопросах, она просто хотела применять квантовую механику на практике.
Это способствовало взрывному развитию приложений квантовой механики с 1940-х по 1970-е годы, включая создание Стандартной модели, физику конденсированного состояния и так далее. Но затем фундаментальная физика зашла в тупик, и одна из причин этого застоя заключается в том, что мы достигли набора проблем, в решении которых невозможно добиться прогресса в рамках этой прагматичной, антифундаментальной культуры. Следует подчеркнуть, что те области, где можно предположить, что мы знаем соответствующие законы, такие как физика конденсированного состояния и астрофизика, продолжают процветать. Но если ваша цель — открыть новые, более глубокие законы, вам необходимо снова общаться с философами. И это происходит гораздо чаще.
Когда я начал общаться с философами, среди них были те, кто действительно хорошо знал физику, но большинство — нет. Сегодня молодые люди, работающие в области философии физики, в большинстве своём хорошо разбираются в физике. Взаимодействие с философией возвращается, и я думаю, это хорошо.
Источник: www.quantamagazine.org
