Перевод статьи “What’s Wrong with These Questions?” by N. David Mermin:
15 августа 2000-го года газета “Нью-Йорк Таймс”, отмечая начало нового века, опубликовала список из 10 вопросов, которые она охарактеризовала как те вопросы, которые современные физики хотели бы задать своим коллегам в 2100-м году, если бы они вдруг заснули и проснулись спустя сто лет.
1. Есть ли причины, почему фундаментальные безразмерные константы имеют те значения, которые они имеют?
2. Какую роль играла квантовая гравитация в Большом взрыве?
3. Какова продолжительность жизни протона?
4. Является ли суперсимметрия нарушенной симметрией природы?
5. Почему пространство-время явно четырёхмерное?
6. Каково значение космологической константы, и действительно ли она постоянна?
7. Описывает ли M-теория природу?
8. Что происходит с информацией, которая попадает в чёрную дыру?
9. Почему гравитация так слаба?
10. Можем ли мы количественно понять конфайнмент кварков и глюонов?
Вы не удивитесь, узнав, что данные вопросы были собраны на праздновании по случаю завершения конференции по теории суперструн. Однако “Таймс”, охарактеризовавшая их как «вопросы физики, над которыми стоит задуматься», заставила меня сильно задуматься над вопросом, почему они так отличаются по смыслу от того, что я хотел бы сильнее всего узнать у моих потомков-учёных по прошествии столетнего сна.
“Таймс” вдохновила меня составить свой собственный список вопросов, которые я задал бы коллегам в 2100-м году. Критерии для включения в мой список таковы:
(а) я хотел бы получить на них ответ,
(б) в 2100-м году вопросы должны иметь смысл для учёных, а не только для историков науки, и
(в) вопросы должны иметь некий шанс не быть осмеянными за наивность начала XXI века.
Возможно, вы найдёте мой список таким же ограниченным, как я нашёл список теоретиков струн. Тем не менее он таков:
1. Каковы названия основных отраслей науки? Каковы названия основных отраслей физики, если физику по-прежнему можно идентифицировать как отрасль науки? Пожалуйста, если можно, охарактеризуйте границы этих отраслей простыми терминами начала 21 века или попробуйте дать мне некоторое представление о том, почему моё невежество делает это невозможным.
________________________________
Не могу представить, что через 100 лет научный пейзаж будет мне знаком. Уже сейчас, например, (и это плохая новость для физики) химия, похоже, пытается стать ветвью биологии, о чём свидетельствуют недавние изменения названия факультетов в Гарварде и Корнелле: от «химии» до «химии и химической биологии». С другой стороны, похоже, что физика движется к поглощению биофизикой, если понимать её в максимально широком смысле. Оглядываясь назад, а не вперёд, что бы физик из 1900-го года понял из термина «кибернетика» (“computer science”), не говоря уже об «информатике» (“information science”)? Вы можете укорить меня, что реальное содержание этого вопроса подразумевает «расскажите мне все, что представляет интерес», но в действительности всё, что я хотел бы узнать, — это то, какие незнакомые названия там появятся, и какие знакомые названия будут отсутствовать.
2. Пожалуйста, продемонстрируйте мне широко используемое и легко доступное устройство, которое поразит меня так же сильно и многогранно, как портативный компьютер удивил бы физика в 1900 году. По крайней мере, некоторые из назначений данного устройства должны быть такими же понятными для меня, как и способы использования портативного компьютера для физика конца 19-го века.
__________________________________________________________
Когда вы думаете об этом, то удивляет само по себе то множество вариантов, которыми ноутбук удивил бы вас в 1900-м году. Забудьте о его основных функциях. Как насчёт материала, из которого состоит его корпус, его стоимости как доли среднего годового дохода, источника питания, его способности имитировать симфонический оркестр, его способности показывать светящиеся картины, которые двигаются? В 1900-м году этого никто не мог себе даже представить. Никто сегодня не может себе даже представить, какие необычные объекты будут обнаружены в 2100-м году в обычной семье (при условии, что все ещё есть обычная семья) или в карманах (при условии, что всё ещё есть карманы).
3. Основываются ли фундаментальные теории на суперпозициях состояний, которые эволюционируют единообразно, или замене подверглись основные принципы квантовой механики? Если квантовая механика выжила, достигнут ли консенсус по вопросу её интерпретации? Или эта проблема просто перестала рассматриваться как проблема, нуждающаяся в решении? Если квантовая механика не выжила, существует ли теория, которая заменила её и прояснила эти головоломки, или же люди считают её такой же или даже более загадочной?
__________
Я боюсь, что этот вопрос может вызвать вежливое недоумение. Но соответствующая временная шкала для выживания квантовой механики определяется тем фактом, что её основной концептуальный механизм не претерпел никаких изменений в течение трёх четвертей века. Даже квантовая теория поля имеет в качестве своего самого важного приложения расчёт поперечных сечений, который использует ту же старую унитарность эволюции во времени — принцип суперпозиции — и то же самое старое правило Борна для извлечения вероятностей из состояний. Таким образом, сохранение того же формализма в течение ещё ста лет кажется, по крайней мере, правдоподобным.
Если теория всё ещё будет с нами по существу в той же форме в 2100-м году, останутся ли всё ещё серьёзные учёные, которые, как и сегодня, чувствуют, что в некотором фундаментальном смысле мы не знаем, о чём мы говорим? Или учёные начала 21-го века, которые верили, что должен быть лучший способ понять теорию (если не сам мир), будут выброшены на ту же свалку истории, что и теоретики эфира начала 20-го века?
4. Будут ли к тому времени обнаружены разумные сигналы внеземного происхождения? Надеюсь, что кто-нибудь продолжит вести поиски.
_____________________
И в случае, если ответ всё ещё будет отрицательным, я надеюсь, что наши потомки не сочтут такие поиски глупыми.
5. Играют ли по-прежнему понятия времени и пространства фундаментальную роль, какую они играли в физике начала XXI века, или их заменили более последовательные, не такие неоднозначные концепции?
Как можно говорить о превращении пространства-времени в пену в масштабах Планка, когда нам едва удаётся определить пространство и время в атомарном масштабе? Время, например, является не более чем чрезвычайно удобным и компактным способом охарактеризовать корреляции между объектами, который мы можем использовать в качестве часов, и часы, как правило, макроскопичны. Конечно, мы можем генерировать частоты из атомов и коррелировать их с макроскопическими часами, но чем короче масштаб длины, тем больше похоже, что речь идёт об энергиях, разделённых постоянной Планка. Связи с часами становятся всё более косвенными. Мне кажется, что здесь существует значительная опасность навязывания совершенно чуждой для нашего сознания сфере свойств полезного счётного прибора [«часы»], который мы просто изобрели для нашего собственного удобства в макромире.
Время и пространство всё еще будут с нами в 2100-м году, но я не уверен, что они будут иметь место в основаниях научного описания природы, как бы эта дисциплина ни называлась.
6. Расскажите мне о коллективном состоянии материи, которое не могли представить в 2000 году, столь же примечательном, как, например, сверхпроводимость, сверхтекучесть или дробный квантованный эффект Холла.
Кто мог представить себе такие явления в 1900-м году? Конечно, необычайная способность объёмной материи вести себя таким образом, который превосходит всё, что можно было бы представить при изучении её составляющих, породит ещё много невообразимого в ближайшие 100 лет.
7. Являются ли высокотемпературные сверхпроводники важной частью технологий будущего?
Этот вопрос может показаться наивным с точки зрения 2100-го года, ведь недавнему ажиотажу по поводу высокотемпературных сверхпроводников исполнилось всего-навсего 15 лет. Но меня обнадёживает тот факт, что более интенсивный поиск в этом направлении продолжится к тому времени в течение почти столетия, поэтому, возможно, не будет слишком самонадеянным предположить, что он всё ещё может быть актуальным через сто лет. Рискну предположить, что меня не засмеют за этот вопрос. Можно было бы по аналогичным причинам задать аналогичный вопрос о контролируемом ядерном синтезе, хотя мы ведём этот поиск только около пятидесяти лет.
8. Был ли достигнут какой-либо прогресс в понимании природы сознания или того, как ум влияет на тело? Играет ли квантовая механика или её научный преемник основополагающую роль в понимании этих вопросов?
Есть те, кто говорит, что сознание – это не проблема, потому что постановка вопроса не имеет никакого смысла, и те, кто говорит, что это не проблема, потому что ответ очевиден. Далее физики делятся на тех, кто говорит, что квантовая механика явно имеет или явно не имеет ничего общего с проблемой сознания. Проблема сознания, конечно, существует уже много веков. Но растущая уверенность, по крайней мере среди физиков, в том, что науке есть что сказать об этом, не кажется мне очевидно абсурдной, хотя в настоящее время никто из учёных не может договориться о том, что же это может быть. Риск оказаться здесь осмеянным довольно велик, но я всё же рискну. Я хотел бы знать, будет ли вопрос рассматриваться как досадный, глупый или на него будет дан достойный ответ в 2100-м.
9. Кварки останутся элементарными частицами или окажутся составными? Если они окажутся составными, то опять же: кандидаты на звание их составных элементов окажутся элементарными частицами или составными? Или у вас, потомки, есть лучший способ взглянуть на эти явления? Какова на самом деле продолжительность жизни ядра атома водорода?
__________________
Если теория струн уже сейчас является лучшим способом рассмотрения этих явлений, то на вопрос можно частично ответить. Может быть, вопрос лучше переформулировать так: каких масштабов энергии удалось достичь, и наблюдались на пути к этим новым масштабам новые уровни организации материи? Или так: начала ли наконец-то упрощаться картина мира, как это когда-то ожидалось?
10. Построил ли к тому времени кто-нибудь квантовый компьютер, который способен разлагать на простые множители тысячезначные числа? Для чего ещё он используется? Имеются ли такие компьютеры в большинстве семей?
_____
Это самый опрометчивый из моих вопросов, так как весь предмет квантовых вычислений настолько новый, что всё это, возможно, уже испарилось к 2010 году. Тогда вопрос будет иметь смысл в 2100-м году только для специалистов по истории науки. Но мне хотелось бы верить, что фантастическая технология настолько пленит чьё-то воображение, что даст достаточный стимул поискам её реализации, и, кто знает, в этом деле могут даже преуспеть, несмотря на все текущие признаки обратного. Я надеюсь, что мои разумные потомки в 2100-м году хотя бы поймут, о чём я говорю. Если это так, это, вероятно, означает, что они преуспели.
Но я бы не стал ставить на это деньги на обучение в колледже своих пра-пра-пра-правнуков. Предполагая, что ещё вообще есть деньги. Предполагая, что колледжи всё еще взимают плату за обучение. Предполагая, что всё ещё есть колледжи.
The end
P.S. Ваши прогнозы и ответы на вопросы приветствуются. Для их проверки осталось каких-то 82 года. (С.Г.)