Красота как секретное оружие физики — «наука»
Популярная наука
Нобелевский лауреат прокладывает собственный путь к открытиям
Мы определим красивое, в то время, когда видим его, поскольку так? Давид Микеланджело, Мачу-Пикчу, рассвет над океаном. Но можем ли мы сообщить то же самое о космосе?
Доктор физических наук Фрэнк Вильчек (Frank Wilczek) из Массачусетского технологического университета уверен в том, что можем. И должны. В собственной новой книге A Beautiful Question: Finding Nature’s Deep Design («Вопрос о красивом: поиски глубинной схемы природы») Вильчек излагает аргументы в пользу изящества математики и взаимосвязанности фундаментальных законов природы.
В 2004 году Вильчек взял Нобелевскую премию, открыв совместно с Дэвидом Гроссом (David Gross) и Дэвидом Политцером (David Politzer) уравнения, обрисовывающие одну из фундаментальных сил в физике — сильное сотрудничество, которое удерживает совместно глюоны и кварки, и несёт ответственность за притяжение между нейтронами и протонами. Открытая ими «асимптотическая свобода» в теории сильных сотрудничеств продемонстрировала, что в то время, когда кварки сближаются, ядерные силы между ними ослабевают.
Специализация Вильчека — квантовая теория, но влияние его работы существенно и в космологии: в области изучения черных дыр, многовековой загадки — и тёмной материи о том, как что-то может появиться из ничего. на данный момент Вильчеку 64 года, но поиском схемы природы он занимается со студенческой скамейки, где изучал математику. «Мне нравилось копаться с закономерностями и образцами, думая о для того чтобы рода абстракции, — говорит он. — Меня весьма интересовала математическая логика, которая есть отраслью философии, и теория о том, как трудится разум. Я мало изучал нейробиологию и кибернетику, пробуя осознать, как закономерности и абстрактные схемы накладываются на работу сознания».
Космос: пришло время энтузиастов и мечтателей
The Вашингтон Пост01.01.2016благоговение и Космос
Завораживающие снимки космоса
ИноСМИ14.07.2015Почва, взор из Космоса
ИноСМИ22.05.2014Вид из космоса: завораживающие снимки ночной судьбе планеты
ИноСМИ18.05.2014
Я думал над этим, и совершил мысленный опыт, что меня в полной мере удовлетворил. Сейчас, в то время, когда совершенствуются компьютеры и начинается ИИ, возможно проводить очень точные мысленные опыты по подобию и образу «Матрицы», где разум заключен в компьютера, а его представление об окружающем мире есть в действительности запрограммированным.
— Получается, что мы живем легко в компьютерной модели?
— Представим себя в игре «Мир Супер Марио». В том месте законы физики не кажутся очень красивыми. Они изменяются со временем и с местом.
В них имеется странности, каковые логически последовательны, но в том месте все очень резко отличается от того, как трудится отечественный мир, где законы со временем и с местом не изменяются. И вдобавок в том месте имеется собственного рода воспроизводимость. В то время, когда тебе становятся понятны небольшие подробности, ты способом дедукции можешь вычислить, как трудятся громадные подробности.
А в запрограммированном мире все зависит от прихоти программиста. Ему не требуется быть рациональным, логичным и красивым.
Исходя из этого я не пологаю, что имеется какая-то логическая необходимость в красоте законов. Само собой разумеется, не будь они красивы, открыть их было бы намного тяжелее, исходя из этого для меня постижимость законов еще громадная тайная, чем их красота. Так может и не быть, но оно как раз так.
— Серьёзна ли была красота для прочих основателей и Эйнштейна современной физики?
— без сомнений, не смотря на то, что они не всегда думали о ней явным образом. Эйнштейн, [Джеймс Клерк] Максвелл и потом до Ньютона — у них у всех был собственного рода инстинкт — раскладывать неприятности на мелкие составные части, потому, что они полагали, что в таком виде эти неприятности будут понятны. Затем из них возможно собирать более сложные вещи, владеющие собственного рода избытком.
Эйнштейн был главной фигурой, поднявшей на новые высоты данный второй нюанс красоты природы, каким есть симметрия. Теория относительности во многом укладывается в рамки трансформаций без трансформаций. Возможно наблюдать на мир с движущейся платформы, но в этом случае будут функционировать те же самые законы, что и на неподвижной конструкции.
В этом сущность теории относительности.
Возможно поменять внешний вид вещей, но законы все равно сохранят собственную силу.
— Эйнштейну не нравилась мысль квантовой запутанности, где две частицы взаимодействуют между собой с противоположных сторон вселенной. Нарушало ли это его чувство красивого?
— Это нарушало его чувство детерминизма, говорящее о том, что законы неизменно должны вызывать одинаковые последствия. Известна его известная фраза о том, что сумасшествие делать одно да и то же, и любой раз ожидать иного результата. Но как раз так трудится квантовая механика. Исходя из этого она ему не нравилась.
Но родители не всегда одобрительно относятся к тому, кем становятся их дети.
Квантовая механика это конструкция, которая не заключает в себе симметрию, не смотря на то, что мне думается, на более глубоком уровне это как раз так. Оказалось, что квантовая механика это прекрасная платформа, в случае если строить уравнения, подчиняющиеся ее правилам. Эти уравнения смогут обосновать огромное количество трансформаций без трансформаций, каковые выходят далеко за пределы классической физики и по-настоящему растолковывают мир.
— Мы можем угадать, что та либо другая частица будет делать на квантовом уровне. Тревожат ли вас те несоответствия, каковые тревожили Эйнштейна?
— Нет. Мне нравится их таинственность и странность, как да и то, что именно так трудится отечественный мир.
— Это не нарушает ваше чувство порядка?
— Понимаете, это весьма сложно и принципиально важно. В квантовой механике основное описание действительности это что-то такое, что именуют волновой функцией, а уравнения волновой функции в действительности в полной мере определенные и детерминированные. Это весьма конкретные уравнения.
В случае если вам известна волновая функция одновременно, то вы имеете возможность посчитать, какой она будет в второй момент, и тут не будет никакой неясности.
Неприятность в том, что экспериментально нереально определить, какова волновая функция. Исходя из этого определяется глубинная структура, но с того места во вселенной, где мы с вами сидим, выяснить ее нереально. В своевременном отношении это указывает, что все думается непредсказуемым.
Имеется огромные количества экспериментальных данных, и имеется ощущения, напрямую подтверждающие этот нюанс квантовой механики. По сути дела, в базе всех современных ускорителей частиц лежит многократное повторение одного и того же: они сталкивают антиэлектроны и электроны полностью однообразной энергии и полностью однообразной конфигурации. Но из этого получается различное.
Это повторяется миллиарды раз, и всегда выходит что-то иное. Так что нет, дело тут не в мнению.
— Люди вправду познают глубинную структуру вселенной? Либо это легко отечественная версия действительности, учитывая то, как трудится отечественный мозг, и как мы видим мир?
— Ну, физика трудится, а не следует на месте. Запрещено создать айфон, выстроить Большой адронный коллайдер либо совершить полет на Плутон без подробного описания того, как трудится мир. Так что это никакая не фантазия.
Но мысли возможно организовывать по-различному.
Кое-какие вещи кажутся в полной мере очевидными существам, случившимся от разумных пауков, а нам они кажутся менее понятными. Так что формулировки законов смогут смотреться по-различному в серьёзных подробностях, но я не пологаю, что результаты от этого становятся предметом для торга. Мир таков, какой он имеется.
— У вас имеется поразительный мысленный опыт. Если бы у птиц и собак было современное абстрактное мышление, они имели возможность бы достигнуть удач в физике?
— Думаю, птицы —да, а собаки не весьма. Собачий мир основан в основном на запахах. Само собой разумеется, химические эмоции снабжают насыщенную судьбу в плане умения и общения разбираться в еде.
Вы почувствовали запах маминого печенья и отыскали в памяти прошлое. Но кроме того если вы весьма сообразительны, и у вас богатая социальная судьба, от обоняния весьма тяжело перейти к ньютоновским законам перемещения и механики. Люди это по большей части зрячие животные, а исходя из этого у нас имеется хорошая возможность осознать, как предметы перемещаются в пространстве.
Нам повезло, что мы можем лицезреть планеты. Это дает нам хорошее представление об астрономии и о гравитации.
— А что для того чтобы особого в птицах?
— У птиц имеется все это и большое количество чего еще. В отечественных ощущениях господствует трение и сила земного притяжения, а это с покон веков создавало громадные неприятности для понимания того, что имеется инерция. А птица — она просто помахала мало крыльями, а позже начинает парить. Так что ей инерция прекрасно знакома. У нее кроме этого имеется интуитивное чувство относительности.
Она осознаёт, что законы не изменяются, в случае если перемещаться с постоянной скоростью. Она чувствует это ежедневно.
Исходя из этого, если бы у птиц показался разум, на мой взор, они бы имели возможность добиться удач в физике стремительнее человека. У пауков также показалось бы иное видение мира. Они общаются прикосновениями, вибрацией собственной паутины.
Они бы скоро усвоили законы электричества и теорию поля.
Одна из опасностей для теоретического физика содержится в том, что если он запутается в красотах собственных уравнений, возрадуется тому, как у него все замечательно сходится, то он может отдалиться от физического мира. Вам так же, как и прежде необходимы эмпирические испытания в подтверждение данной основополагающей идеи. Для вас это опытный риск?
Непременно. Великий физик Ричард Фейнман обожал сказать, что у нас имеется воображение, но воображение это смирительная рубаха. У меня появляется интерес совсем иного уровня, в то время, когда мои их следствия и идеи возможно проверить умелым методом.
— А что, в случае если нет никакой «теории всего», которая объединяет законы физики? Где при таких условиях окажутся ваши аргументы в пользу природы как работы красоты?
© flickr.com, Ecole polytechnique Universite Paris-SaclayНобелевский лауреат Фрэнк Вильчек
— Аргументы все равно верны. Мы уже знаем, что существуют превосходные законы, во многом обрисовывающие то, как трудится материя. Мы легко еще не все осознали, не во всем разобрались. Тяжело преувеличить то, как гармоничны, плодотворны и созидательны законы.
Это великий дар. Но нас это не удовлетворяет, по причине того, что имеется некие надоедливые мелкие недостатки, как в новелле Готорна «Родимое пятно», храбреца которой данный небольшой недочёт.
Исходя из этого мы стараемся отыскать новые явления, каковые разрешат нам добиться еще гармонии и большей симметрии, сделав отечественные уравнения еще красивее. Но окончательный вердикт выносит опыт.
— Вы какой-то необыкновенный ученый. Вам очевидно нравится изучить эти громадные идеи. Вы когда-нибудь вспоминали о том, дабы стать философом, а не физиком?
— Само собой разумеется. В юношеском возрасте для меня храбрецами были с одной стороны Эйнштейн, а с другой Бертран Рассел. Мне нравилось просматривать о философии и думать обо всех этих вопросах.
— Сейчас кое-какие узнаваемые физики, включая Стивена Хокинга, Лоуренса Краусса и Нила Деграсса Тайсона, уничижительно говорят о философах. Сущность их критики сводится к тому, что они не владеют практически никакой сокровищем для настоящего мира науки. Что вы имеете возможность сообщить об этих нападках ваших сотрудников на философию?
— Думаю, это говорит о недочёте знаний и воображения о том, что такое философия. В мире имеется большое количество чего еще, не считая физических явлений и законов физики. Имеется многовековой опыт борьбы с этими проблемами и совершенствования этих идей.
Неразумно и очень довольно глупо философию со квитанций.
Как и Эйнштейн, я черпаю огромное воодушевление в философской литературе. Я оттачиваю собственный ум на работах Дэвида Юма, Бертрана и Эрнста Маха Рассела.
— Философы не просто задаются вопросом о том, как все складывается воедино. Они задают вопросы, имеется ли суть во вселенной. Для вас данный вопрос имеет значение?
— Да, само собой разумеется. Мне крайне важно, что все это значит. Именно это во многом движет мною в работе.
— А это что может значить?
— Думаю, это неверный вопрос, поскольку не уверен, каков будет ответ. Я был очень рад, в то время, когда придумал другую версию этого вопроса, ответить на что возможно весьма плодотворно. Заключает ли в себе мир красивые идеи?
На данный вопрос возможно посмотреть разумно, отыскав в памяти историю людских идей о красоте, каковые существовали до познания ими законов физики, а позже сравнить это с тем, что мы реально узнали.
Так, мы возьмём обогащенное представление об науке и искусстве.
— В случае если кому-то нужна более глубокая система ценностей, дабы на нее опереться, то стоит ли им искать ее в красоте?
— Да. Кое-какие люди наслаждаются и познание от догматов разных религий, и это один из способов устройства нашей жизни. Я считаю это неосуществимым, потому, что мне думается, что общепризнанные религии не есть высокого мнения тому, что я узнал о физическом мире.
Дело не в том, что они ошибочны, не смотря на то, что многие подробности вправду неверны.
Дело в том, что они не оценивают по заслугам те огромные сюрпризы, каковые преподносит наука, открывая большие размеры вселенной, ее возраст, и говоря о том, как много мелких вещей уходит на устройство громадных вещей, с которыми мы имеем дело в жизни. Это значит, что мы сами должны об этом думать и осмысливать. Для меня красота это одно из тех громадных открытий, каковые создают суть.
Это громадный источник эйфории.
Один из самых глубоких вопросов для религии и науки это вопрос происхождения, истоков и первопричин. Как началась вселенная, и имеется ли по большому счету у нее начало? Как что-то появилось из ничего?
Лоуренс Краусс говорит, что тут нет ничего таинственного.
Он говорит, что состояние вакуума в квантовой теории поля нестабильно, а исходя из этого то либо иное состояние в полной мере конечно то появляется, то исчезает.
В действительности, мой дорогой друг Лоуренс цитировал мою работу. Я не осознаю всех последствий, но уравнения не допускают стабильных ответов, в которых ничего нет. Пустота очень резко отличается от ответа основных законов природы.
Исходя из этого, в случае если пустота недопустима, это растолковывает, из-за чего имеется что-то вместо ничего.
Но мне думается, это не ответ на вопрос, задаваемый философами.
— Они задают вопросы, откуда берутся законы физики.
— Как раз. Откуда показались эти уравнения? Мы знаем, что мысль о пустоте неверна.
Это нереально с учетом известных нам законов.
— Так что же, нет таковой вещи как безлюдное пространство?
— Нет. Идея о том, что пространство это безлюдное и пассивное вместилище, не имеющее собственной внутренней жизни, совсем неверна. В квантовой механике пространство имеет спонтанную активность.
Это так именуемые «виртуальные частицы». Я взял Нобелевскую премию среди них и за то, что растолковал, как виртуальные частицы воздействуют на настоящие частицы, каковые мы видим.
— Что такое виртуальные частицы?
— Это как словно бы мы живем на поверхности планеты, где под почвой идет замечательная активность. Наверху она не видна, но она воздействует на то, как устроен мир. В законах фундаментальной физики поля, такие как электрические либо магнитные, владеют спонтанной активностью.
Виртуальные частицы появляются на весьма маленькое время, а после этого исчезают, кроме того не став тем, что возможно заметить отечественным глазом либо зафиксировать устройствами.
Но они входят в уравнение и воздействуют на особенности частиц, каковые мы видим, каковые можем вычислить и проверить. Исходя из этого нет никаких сомнений, что пространство, которое я время от времени именую решеткой, имеется источник активности. Это одна из обстоятельств, по которым не существует пустоты.
У него имеется собственная жизнь.
— Итак, в случае если мы ищем что-то самое фундаментальное во вселенной, то это не частицы, не материя. Что это — пространство, о котором вы ведете обращение?
— Да, у пространства имеется собственная судьба. Осознать то, что мы чувствуем, как безлюдное пространство, крайне важно для понимания того, как функционирует вся вселенная. Я обожаю шутить перед собственными студентами, что в механике Ньютона основное — решить задачу о том, как одно тело перемещается около другого, к примеру, как Почва движется около Солнца.
В квантовой механике основная неприятность это «неприятность ничего». Это безлюдное пространство, которое правит балом. Те частицы, каковые мы замечаем, это собственного рода сопутствующее явление, дополнение к структуре безлюдного пространства.
— Мы говорили о том, как тяжело обеспечить увязку нематериального мира с материей. Самой громадной тайной из всех возможно неприятность «разум-мозг». Как нематериальный мир отечественного разума появляется из полутора килограммов липкого вещества в отечественном мозгу.
Это неприятность физики, либо ее должны решать нейробиологи?
— Законы физики распространяются и на мозг, а исходя из этого не требуется искать душу либо что-то еще нематериальное дополнительно к тем частицам, каковые составляют мозг. Хорошая рабочая догадка пребывает в том, что мозг как компьютер, и что основное — осознать, как подчиняющийся законам физики материальный объект может делать расчеты и мыслить.
Потом, имеется еще технический вопрос о том, возможно ли те способы в физике, при помощи которых мы обрисовываем объекты в физической вселенной, применять для иллюстрации работы мозга, и ответственны ли для нейробиологии идеи о симметрии, электрической проводимости и материаловедении. Думаю, громадны шансы на то, что ответ будет хорошим. Доли мозга имеют постоянную форму и симметричны.
Мозжечок прекрасно структурирован.
Нейронные сети это что-то фантастическое. Неестественные нейронные сети это схема нервной совокупности головного мозга, но в них употребляются привычные людям законы вычислительных физики и операций. В действительности, очень многое из этого изобрели физики, поскольку эти разработки похожи на уравнения, лежащие в базе электрических цепей.
Исходя из этого мне думается, физика может очень многое предложить нейробиологии.
— Вы думаете, наука сумеет разгадать фундаментальную тайную, и мы осознаем, как отечественный духовный мир появляется из материального?
— Да, я так думаю. А как еще? Я думаю, процентов 90 в этом направлении уже сделано.
— Вы оптимист!
— Нет. Легко мне думается, я верно истолковываю происходящее. Еще сравнительно не так давно громадной тайной казалось то, как при нулей и помощи единиц возможно кодировать вычисления, к примеру, при игре в шахматы.
Но на данный момент мы можем конструировать совокупности, каковые трудятся на нулях и единицах, и делают что-то весьма похожее на мыслительный процесс. У нас все чаще будут содержательные контакты с совокупностями типа Siri, каковые манипуляции с последовательностями нулей и единиц. нули и Эти единицы находят воплощение в физических предметах, в частности в транзисторах.
Так, не так долго осталось ждать мы сможем заявить, что сознание также находит воплощение в физических предметах. Это те конкретные предметы, каковые мы изобретаем и конструируем.
Стив Полсон — аккуратный продюсер программы To the Best of Our Knowledge, идущей на Wisconsin Public Radio и в общенациональном эфире. Он создатель книги Atoms and Eden: Conversations on Religion and Science (Эдем и Атомы: Беседы о религии и науке).
