«Незавершена революція Ейнштейна» Лі Смоліна
(Зображення: © Penguin Press)
Квантова механіка є усталеною наукою. Справа закрита, і тобі велике спасибі - або стільки б сперечалося.
Завдяки піонерській роботі у 1920-ті роки, багато людей вважають, що зараз ми знаємо все, що коли-небудь знатимемо про рух в атомному або субатомному масштабі. За датським фізиком Нільсом Бор та його послідовниками, ми можемо стверджувати або точне положення атомної частинки, або її траєкторію, але ми не можемо робити одночасно і те й інше. Такий прогноз може бути лише імовірнісним, ніколи абсолютно точним.
Теоретичний фізик Лі Смолін з Інституту теоретичної фізики Периметра в Ватерлоо, Канада, всю свою кар’єру провів, заперечуючи цю думку. Смолін вважає, що торжество Бора є прикладом харизми, що задушує законне інакомислення, навіть від таких видатних інакодумців, як Альберт Ейнштейн та Ервін Шредінгер.
Сьогодні Смолін, слідуючи Альберту Ейнштейну і продовжуючи давню традицію, що включає інших фізиків, включаючи Девіда Бома, шукає теорію для "завершення" квантової фізики, дозволяючи точні описи та нечіткі ймовірності. Смолін дотримується "реалістичної" точки зору, на відміну від "антиреалістичного" погляду на Бор і його аколітів. Смолін викладає свою точку зору в "Незавершена революція Ейнштейна"(Penguin Press, квітень 2019 р.). Space.com наздогнав Смоліна, щоб обговорити книгу, як нові ідеї стають домінуючими в науці та що він зараз має робити.
Space.com: Яка різниця між реалістичним та антиреалістичним підходами квантова механіка?
Лі Смолін: Для мене, різниця між тим, хто є реалістом щодо квантових явищ проти того, хто не є реалістом, є, як реаліст, ви вірите, що існує повна історія, і є повний опис того, що ми можемо досягти будь-якого атомного процесу, будь-якого ядерного процесу, будь-чого, що відбувається в субатомному світі. Квантова механіка не дає такого повного опису кожного процесу окремо, і тому він не може бути завершеним. Ми повинні знайти більш глибоку теорію поза нею. Квантова механіка - це крок до осягнення субатомна фізика, але це не завершальний крок. Тож завдання полягає в тому, щоб піти глибше і винайти або відкрити кращу теорію, яка дає повний опис.
Якщо ви - те, що ми називаємо антиреалістом, то ви вважаєте, що квантова механіка, як це було записано у 1920-х роках, - це, можливо, остаточна теорія, і немає мотивації дивитися глибше.
Space.com: Ви називаєте людей, які шукають завершення квантової теорії як "наївних реалістів", оскільки їх погляди не потребують суперечливих обґрунтувань. Чи можете ви детальніше зупинитися на цьому терміні?
Смолін: Наївне справді означає витончене. Наївно означає, що ви чули всі основні заперечення проти ідеї, що ми можемо дати повний опис світу таким, яким він є, і відкинути їх і вважати за нашу мету повністю зрозуміти природу і так, ніби ми не були тут. Наука - це опис природи, який повинен бути об'єктивним, а не нав’язаний нашими експериментами чи нашими ідеями чи переконаннями.
Space.com: Чи означає "наївний" бути повністю відкритим до нових ідей та переконань?
Смолін: Повністю відкритий? Ні. Люди забувають, що фізика, як і будь-яка наука, має історію і традиції. Візьміть просту ідею на зразок імпульсу, яку слід розуміти в контексті всієї дискусії з 16 по 17 століття про принцип інерції, принцип відносності тощо. Ви не можете пояснити таке поняття, як імпульс, не занурившись у всю історію концепції.
Space.com: Ваша книга чітка і зрозуміла, і це зрозуміло людям з різними рівнями базових знань. Який процес написання?
Смолін: Чому, дякую! Я прийму це як комплімент. Я маю великий досвід і багато практики викладання сучасної фізики нестандартів. У різних університетах я часто викладав курси "фізика для гуманітарних наук" або "фізика для поетів". Тож я маю великий досвід з налагодженням різних педагогічних стратегій, які використовуються у навчанні квантової фізики та відносності для непрофесійних людей.
Така книга має кілька аудиторій одночасно. Я звертаюся до експертів та колег, але в першу чергу я звертаюся до непрофесійних людей. І перший лайперсон, який має значення, - це редактор. Я завжди наполягаю на роботі з редактором, який має науковий ступінь з літератури, гуманітарних наук або історії, а не з науковим ступенем. У мене також є кілька читачів тестів, які не мають освіти в галузі науки. Всі вони підштовхували мене до роз'яснення, уточнення, уточнення і при необхідності переписування книги. Ця конкретна книга пережила три повних переписки. На підлозі роздягальної кімнати нічого не залишилося, так би мовити. Весь перший проект був повністю занедбаний і переосмислений, і результат, на мою думку, був набагато кращою книгою.
Space.com: З огляду на те, що її повністю переписували кілька разів, скільки часу знадобилося, щоб написати книгу?
Смолін: Писання - це не моя щоденна робота; моя щоденна робота - це фізик-теоретик. Але у вільний час, так би мовити, близько трьох років. Буде місяць чи шість тижнів, коли я в першу чергу працюю над книгою, а потім пройдуть півроку, і я задумаюсь і подумаю над цим, а потім знову занурююся на три тижні чи місяць. Так було так протягом трьох років.
Space.com: У вашій книзі детально описана історія квантової фізики на початку 20 століття. Чому антиреалістична квантова революція, викликана Нільсом Бор, стала домінуючим поглядом - начебто моргання ока?
Смолін: Були дві речі, які діяли одночасно. Одним із них, і найважливішим, був приголомшливий експериментальний успіх. Людство пішло менше ніж за 30 років від примирення з думкою про те, що матерія складається з атомів до повної теорії атомної фізики. І це суттєво працювало, щоб пояснити спектри [веселка кольорів, що утворюються шляхом поділу компонентів світла за їх довжиною хвилі], сили, хімічні сполуки - все! Потім дуже швидко, ядерна фізика, фізика частинок, як працюють зірки - астрофізика.
Отже, експериментальний успіх був приголомшливим, і це було швидко. Вимірене проти цього, навіть інакодумство таких людей, як Ейнштейн, Шредінгер та де Бройлі, які сказали: "Зачекайте хвилинку! Основи - безлад!" Все це можна було змітати під килим.
Це було перше. Друга річ - престиж і харизма Нільса Бор, за підтримки, яку він мав від уряду Данії та пивної компанії «Карлсберг», створити центр, в якому все пройшло через нього. Його дуже гіпнотична, харизматична особистість могла впливати на думки цілого покоління людей, що виходили з жахливої війни [Перша світова війна]. Тож це купа різних речей одночасно.
Space.com: І інші теорії не змогли просунутися.
Вражає те, що теорія пілотної хвилі де Бройля - навіть якщо її може підтримувати Ейнштейн, де Бройль і певним чином Шредінгер - не мала жодного впливу, незважаючи на те, що це не були ніколи. Це були всесвітньо відомі люди з Нобелівськими преміями, які зробили чудову науку, але, проте, їх інакомислення не можна було ігнорувати протягом кількох поколінь.
[Теорія пілотних хвиль, яку розробив Луї де Бройль у 1920-х, а Девід Бом у 1950-х, стверджує, що електрони охоплюють і частинки, і хвилі, і що частинки рухаються в напрямку, яким хвилі спрямовують їх. Це детерміновано, а не ймовірнісне.]
Я думаю, що в кінцевому рахунку вчені - це люди, і на нас впливають усілякі речі, від несвідомого упередження до амбіцій до соціальних сил. Історія квантової механіки стає історією, яку варто задуматися, але це не незвичайна історія.
Space.com: Як ваші однолітки відреагували на вашу книгу?
Смолін: Ніщо досі не дивувало. Мої погляди добре відомі всередині спільноти фізиків. Як би це не було провокаційним у структурі книги, серед фізиків не було дискусій, який би не був дуже ретельно обговорений.
Єдине, що нове - це останні кілька глав. Я ризикнув скласти свою поточну роботу на стіл.
Space.com: Будь ласка, опишіть свою поточну роботу.
Смолін: Найголовніше, що я роблю в своїй новій роботі, це серйозно сприймати роль нелокальності. [Нелокальність Мається на увазі здатність об'єктів впливати на дії інших об'єктів, які знаходяться дуже далеко один від одного в просторі та часі.] Якщо ви хочете дати реалістичний, повний опис того, що відбувається, коли у вас дві взаємодії частин і більше, які взаємодіють і є те, що ми називаємо «заплутаним», то те, як ви вирішите маніпулювати однією з частинок, може впливати на інші, навіть якщо вони дуже далеко одна від одної. А це означає, що ви повинні сприйматись серйозно, що впливи не обмежуються думкою про те, що речі впливають лише на те, що їм поруч.
Отже, я сприймаю це серйозно і намагаюся скласти теорію, в якій ці квантові заплутання є основоположними і поняття космосу виникає. Космосу не існує; ми можемо скласти новий, приблизний опис простору так само, як ми використовуємо тиск і температуру для опису газу.
Я ні в якому разі не єдина людина, яка намагається розвинути цю теорію. Ідея про те, що космос може виникнути з заплутаності, - стара ідея, яка отримує нове тягу від подібних людей Роджер Пенроуз. Моя теорія полягає в тому, що космос може виникнути, але цей час є основоположним, і причинність є фундаментальною. Це думка, з якою погодилася б декілька людей, і багато людей не погодиться з цим.
Space.com: Яка кінцева мета виконання такого роду теоретичних робіт?
Смолін: Ідея полягає у розробці та винайденні теорії, з якої можна зробити прогнози, які експерименти перевіряють. Більшість серйозних людей не сприймають теоретичну пропозицію серйозно, якщо вона не має способу її перевірити, принаймні в принципі, якщо не зараз на практиці. Без експерименту теоретику просто так просто говорити про гарну математику, що неправильно і не має нічого спільного з природою. Нам потрібні експерименталісти, щоб збити ідеї та звузити можливості.
Лише останнє чи два покоління мають таку ситуацію, що теорії важко перевірити. Таким чином, ви можете мати ціле покоління працювати над, скажімо, моделями фізики частинок, які виходять за рамки стандартної моделі, і вони не перевіряються експериментально. Це незвично, і, на жаль, характеризує наш період.
Багато людей, які серйозно ставляться до галузі фундаментальної теоретичної фізики, дуже важко працюють, щоб дражнити і вигадувати пропозиції, які зараз перевіряються. Моя версія нелокальності передбачає, що квантові ефекти частково пояснюються тим, що атоми дуже схожі на величезну кількість атомів у Всесвіті. Якби ми могли створити унікальну квантову систему - яка не мала б повних копій ніде у спостережуваному Всесвіті - вона не підкорялася б квантовій механіці, вона підкорялася б деяким різним рівнянням, які я отримую. Це майже на порозі того, що експериментальні лабораторії з квантової механіки тепер здатні перевірити.
Ця стаття була відредагована і скорочена для ясності. Ти можеш купуйте "Незакінчену революцію Ейнштейна" на Amazon.com.
- Ці "моторошні" заплутані атоми просто привели квантові обчислення на крок ближче
- Стародавні квазари надають неймовірні докази квантового заплутування
- Чому квантова механіка не може пояснити тяжкість? (Op-Ed)
