Унификация
Марсело Глейзер
Физик-теоретик, Дартмутский колледж. Автор книги The Island of Knowledge: The Limits of Science and the Search for Meaning[2].
Вот! Я это сказал! Почтеннейшей идее Унификации пора уходить. Я не имею в виду мелкие упрощения, которые мы, ученые, ищем постоянно, пытаясь связать как можно меньшее число принципов с как можно большим числом природных процессов и явлений. Такого рода научная экономность – одна из важных основ того, чем мы занимаемся: мы ищем и мы упрощаем. В течение веков ученые, следуя этому девизу, творили настоящие чудеса: закон всемирного тяготения Ньютона, законы термодинамики, электромагнетизм, универсальное поведение в фазовых переходах…
Проблемы начинаются, когда мы заходим с этой идеей слишком далеко и начинаем искать суперунификацию, Теорию Всего, архиредукционистское предположение, согласно которому все силы природы представляют собой проявление одной-единственной силы. Именно этой идее пора на покой. И я говорю это с тяжелым сердцем, потому что на заре своей карьеры и в годы становления как ученого мной во многом двигало как раз стремление унифицировать все.
Идея унификации очень стара – стара, как сама европейская философия. Уже «отец философии» Фалес Милетский (VII–VI вв. до н. э.) постулировал, что «все есть вода», предложив таким образом единый материальный принцип для описания всей природы. Платон обратился к абстрактным геометрическим формам как архетипическим структурам в основании всего, что нас окружает. Математика стала равна красоте, а красота – истине. Поэтому в постплатоновскую эпоху наивысшие устремления были нацелены на то, чтобы дать чисто математическое объяснение всему сущему: всеобъемлющий космический чертеж, шедевр высшего разума. Нет необходимости уточнять, что этот чертеж существовал только в нашем сознании, хотя довольно часто приписывался некоему туманному «Божественному разуму». Мы объясняем мир, думая о нем. Выйти за пределы нашего разума мы не можем.
Желание все унифицировать глубоко укоренилось в душах математиков и физиков-теоретиков – от приверженцев программы Ленглендса до сторонников теории суперструн. Но вот в чем тут проблема: чистая математика – это не физика. Сила математики как раз и заключается в ее отстранении от физической реальности. Математик может создать любую Вселенную и играть с ней в любые игры. А физик не может; его работа состоит в том, чтобы описывать природу такой, какой мы ее ощущаем. Тем не менее игра в унификацию стала со времен Галилея составной частью физики и породила то, что и должна была породить: приблизительные унификации.
В самом деле, даже наиболее священные из наших унификаций – это лишь приближения. Возьмем, например, электромагнетизм. Уравнения, описывающие электричество и магнетизм, абсолютно симметричны только при отсутствии любых источников заряда или магнетизма – то есть в пустом пространстве. Или возьмем знаменитую (и прекрасную) Стандартную модель в физике элементарных частиц, основанную на «объединении» электромагнетизма и слабых ядерных взаимодействий. На самом деле здесь мы тоже не видим подлинного объединения, потому что в этой теории постоянно присутствуют две силы. (Или, если воспользоваться более профессиональным жаргоном, две константы взаимодействия и две калибровочные группы.) Реальная унификация, такая, как предложенное сорок лет назад гипотетическое Великое объединение сильных, слабых и электромагнитных сил, так до сих пор и не достигнута.
Итак, что же происходит? Почему так много ученых настойчиво ищут нечто Единое в природе, тогда как сама природа неустанно доказывает нам, что ее суть – во Множестве?
С одной стороны, стремление ученых к унификации имеет крипторелигиозный характер. Европейская цивилизация уже несколько тысяч лет купается в монотеизме, но даже в политеистических культурах почти всегда имеется один верховный бог или дух (Зевс, Ра, Парабрахман). С другой стороны, есть что-то очень притягательное в том, чтобы свести всю природу к одному созидательному принципу: расшифровать план «Божественного разума» – это что-то особенное, это значило бы ответить на зов свыше. Чистые математики, верующие в реальность математических истин, – это монахи тайного ордена, открытого только для посвященных. В случае с физикой высоких энергий все объединяющие теории базируются на изощренной математике, связанной с чисто геометрическими структурами, на вере в то, что в эфирном мире математических истин таится главный код всей природы и что мы можем его расшифровать.
Результаты последних экспериментов были просто катастрофическими для адептов этой веры: не обнаружено никаких следов суперсимметричных частиц, новых измерений пространства или какой-либо темной материи – всех этих желанных аргументов в пользу унификационной физики. Может быть, что-то и появится; чтобы найти, надо искать. Проблема с унификацией в физике высоких энергий состоит в том, что ее всегда можно отодвинуть за рамки экспериментальных доказательств: «Большой адронный коллайдер достиг 7 ТэВ (тераэлектронвольт) и ничего не нашел? Не проблема! Кто сказал, что природа предпочитает самые простые версии унификации? Может, все это происходит на гораздо более высоких уровнях энергии, до которых нам еще далеко!»
В таком подходе нет ничего плохого. Вы можете в это верить до самой своей смерти, и вы умрете счастливым человеком. Или вы можете сделать вывод, что лучше всего нам удается создавать примерные модели того, как работает природа, и что симметрии, которые мы находим, – это всего лишь описания того, что на самом деле происходит. Совершенство было бы слишком тяжким бременем для природы.
Люди часто склонны считать такие аргументы пораженческими, исходящими от кого-то, кто разочаровался и сдался (с такой же интонацией говорят: «Он утратил веру»). Это большая ошибка. Поиск простоты – это критически важная часть того, что делают ученые. И я тоже это делаю. У природы есть внутренние организационные принципы, и законы, которые мы открываем, позволяют прекрасно их описать. Но закон не один, их много. Мы – рациональные млекопитающие, которые успешно ищут модели. Уже одно это – повод для празднования. Но давайте не путать наши описания и модели с реальностью. Мы можем хранить образ совершенства в своем воображении как некую небесную музу. А природа между тем делает свое дело. И то, что нам удается уловить отблески ее внутренней работы, – это просто чудесно. И этого вполне достаточно.
Философ. Основатель и директор Нового колледжа гуманитарных наук, Лондон. Внештатный профессор Колледжа Св. Анны, Оксфорд. Автор книги The God Argument: The Case Against Religion and for Humanism («Аргумент о Боге: дело против религии и за гуманизм»).
Когда две гипотезы одинаково подтверждены фактами и обладают равной прогностической силой, то для выбора одной из них могут использоваться ненаучные критерии – например, какая из них лучше сочетается с уже утвердившимися теориями. А также эстетические качества самих конкурирующих гипотез – которая из них более изящна, более элегантна, более красива… и, конечно, какая из них проще.
Простота – это всегда нечто вожделенное в науке, и в поиске простоты мы разбираем сложные явления на составные части. Стремление к простоте покоится на предположении, что в природе должна действовать некая единая сила, а гравитационные, слабые электрические и сильные ядерные взаимодействия – всего лишь ее проявления. А это предположение, в свою очередь, есть следствие общей идеи о том, что может существовать единый тип вещества (или материи, или поля, или пока немыслимого чего-то), из которого вырастает все многообразие – вырастает, следуя принципам столь же фундаментальным и столь же простым.
При всей неотразимой притягательности идеи простоты нет никаких гарантий, что сама природа испытывает к простоте такой же интерес, как и те, кто пытается природу описать и исследовать. И если идея эмерджентных свойств[3] все еще пользуется спросом, то биологические сущности могут быть полностью объяснены лишь исходя из их собственных свойств – то есть во всей полноте их сложности, хотя и с обязательным учетом их структуры и строения.
У сложности есть два измерения: во-первых, это длина сообщения, которое необходимо для описания явления, а во-вторых, продолжительность эволюционной истории явления. С этой точки зрения картина Джексона Поллока сложна по первому измерению и проста по второму, тогда как гладкая галька на пляже проста по первому измерению и сложна по второму. Простоту, к которой стремится наука, можно представить как сокращение длины описания – например, сведение описания к уравнению. Но не получится ли здесь обратной пропорции между достигнутым уровнем простоты и полученным при этом уровнем погрешности?
