Уродливая Вселенная - Сабина Хоссенфельдер

В последующие десятилетия для работы с бесконечностями были найдены способы получше. Квантовая электродинамика оказалась хорошей теорией, в рамках которой от бесконечных величин можно честно избавиться, введя два параметра, подлежащих экспериментальному определению: массу и заряд электрона. Эти методы так называемой перенормировки используются и поныне. И несмотря на неодобрение Дирака, квантовая электродинамика – все еще часть оснований физики.

Закруглим мой исторический экскурс: эстетические критерии работают до тех пор, пока не перестают работать. Возможно, самое убедительное доказательство того, что полагаться на прошлый опыт и руководствоваться чувством прекрасного неэффективно, состоит в следующем: ни один физик-теоретик не получал Нобелевскую премию дважды[31].

Декабрь. Я в Мюнхенском центре математической философии на конференции, обещающей дать ответ на вопрос «Зачем доверять теоретику?». Мероприятие организовано австрийским философом Рихардом Давидом, чья последняя книга «Теория струн и научный метод» вызвала среди физиков некоторое беспокойство 46.

Теория струн – сегодня самый популярный кандидат на роль единой теории взаимодействий. Она гласит, что Вселенная и все, что в ней есть, состоит из крошечных вибрирующих струн, которые могут быть замкнуты сами на себя или иметь свободные концы, могут растягиваться и закручиваться, сливаться и разделяться. И это объясняет все: вещество, пространство-время и, да, вас тоже. По крайней мере, такова идея. Экспериментальных свидетельств, говорящих в пользу теории струн, пока нет. Историк Хельге Крах, тоже присутствующий на конференции, сравнил теорию струн с вихревой теорией атома 47.

Рихард Давид в своей книге привел теорию струн как пример, иллюстрирующий «неэмпирическую оценку теории», имея в виду, что способность описывать наблюдения – не единственный критерий для выбора хорошей теории. Он утверждает, что определенные критерии, не опирающиеся на наблюдения, тоже философски обоснованны, и делает вывод, что научный метод следует скорректировать так, чтобы гипотезы можно было оценивать с чисто теоретической точки зрения. В качестве критериев такой неэмпирической оценки Рихард перечисляет – и все это аргументы, традиционно приводимые сторонниками теории струн в ее поддержку, – (1) отсутствие альтернативных объяснений, (2) использование математики, которая работала раньше, и (3) открытие неожиданных связей.

Рихард не говорит прямо уж, что эти критерии следует применять, скорее просто указывает на то, что они применяются, и обеспечивает им оправдывающие основания. Поддержку философа специалисты по теории струн встретили с одобрением. Остальные – в меньшей степени.

В ответ на предложение Рихарда скорректировать научный метод космологи Джо Силк и Джордж Эллис в широко читаемом комментарии, опубликованном в журнале Nature, предостерегли об «отступлении от многовековых философских традиций определять научное знание как эмпирическое» и выразили опасение, что «теоретическая физика рискует превратиться в бесхозную землю на границе между математикой, физикой и философией, по-настоящему не удовлетворяя требованиям ни одной из них»48.

Я могу нагнать еще страху. Если мы примем новую философию, ратующую за выбор теорий на основании чего угодно, кроме фактов, то зачем ограничиваться физикой? Мне представляется будущее, в котором климатологи выбирают модели, руководствуясь критериями, выдуманными неким философом. От этой мысли я холодею.

Однако основная причина, по которой я принимаю участие в этой конференции, заключается в том, что я хочу получить ответы на вопросы, которые и привели меня в физику. Хочу узнать, как возникла Вселенная, состоит ли время из отдельных моментов и действительно ли все возможно объяснить с помощью математики. Я не рассчитываю на то, что философы ответят на эти вопросы. Но возможно, они правы – и причина, по которой мы не продвигаемся вперед, в том, что наша неэмпирическая оценка теорий ни к черту не годится.

Философы, бесспорно, правы: чтобы формулировать теории, мы используем критерии и помимо адекватности наблюдениям. Да, наука работает за счет генерирования и последующей проверки гипотез – но это лишь часть истории. Подвергать все гипотезы проверке попросту невозможно, и потому бо́льшая часть научной деятельности сегодня – от получения ученых степеней до рецензирования и рекомендаций по научному руководству – посвящена выявлению хороших гипотез, с которых можно было бы начать. Стандарты, принятые научным сообществом, в разных областях сильно различаются, и в каждой применяются свои собственные фильтры качества, но все мы какие-то да используем. Как минимум на практике оценка теории для предварительного отбора гипотез уже давно составляет часть научного метода. Это не освобождает нас от экспериментальной проверки, это производственная необходимость, чтобы вообще добраться до испытаний экспериментом.

Таким образом, в основаниях физики мы всегда выбирали теории по соображениям, не связанным с проверкой в опыте. Нам приходится так поступать, ведь часто наша цель – не объяснить существующие данные, а разработать теории, которые, мы надеемся, будут проверены позднее, если мы сумеем убедить кого-то это сделать. Но как же мы должны решать, над какой теорией работать, до ее экспериментальной проверки? И как экспериментаторам определять, какую теорию стоит проверять? Разумеется, мы прибегаем к неэмпирической оценке. Просто, в отличие от Рихарда, я не думаю, что критерии, используемые нами, очень уж философские. Они скорее преимущественно социальные и эстетические. И я сомневаюсь, что они саморегулирующиеся.

Аргументы о красоте уже подводили нас в прошлом, и я боюсь, что наблюдаю очередной провал прямо сейчас.

«Ну и что? – можете вы спросить. – Разве всегда все в итоге не налаживалось?» Налаживалось. Однако, не говоря уже о том, что мы были бы далеко впереди, не отвлекайся ученые на красоту, физика изменилась – и продолжает меняться. Раньше мы как-то выкарабкивались, потому что данные заставляли физиков-теоретиков пересматривать непродуманные эстетические идеалы. Однако в последнее время нам все чаще исходно нужны теории, чтобы выбрать, какие эксперименты с большей вероятностью выявят новый феномен, эксперименты, на проведение которых затем потребуются десятилетия и миллиарды долларов. Данные к нам больше не приходят сами – мы должны знать, где их добыть, и мы не можем позволить себе искать везде. Следовательно, чем сложнее становятся новые эксперименты, тем больше теоретики должны заботиться о том, чтобы не загнать себя в тупик в ослеплении прекрасной мечтой. Новые вызовы требуют новых методов. Но каких методов?