Китайская физика. Опережала ли традиционная наука Запад?

Эти списки далеко не исчерпывают все заметные фигуры в физической науке Китая. Видно, что современная физика успешно укоренилась на почве Поднебесной. Китай, кроме общепризнанного центра мирового производства («мастерской мира»), стремительно становится новым научно-техническим центром, вкладывая огромные средства в развитие технических направлений. В 2020 году Китай занял второе после США место по расходам на НИОКР, превышающим 582,8 млрд. долларов, и стал мировым лидером по количеству патентных заявок. Доля КНР в мировых расходах на НИОКР увеличилась с 4,9 % в 2000 году до 24,8 % в 2020 году. Это больше совокупных трат идущих следом Японии, Германии, Южной Кореи, Франции и Великобритании.

Таким образом, ни особенности китайского менталитета, ни очень позднее подключение к основам современной физики не смогут стать препятствием для стремительного прогресса Китая в области физической науки.

Глава 8. Будущий синтез

Конкретное потому конкретно, что оно есть синтез многих определений.

К. Маркс

Два способа генерации знания

«Можно ли понимать явление, не зная законов, которым оно подчиняется?» – этой фразой открывается недавно вышедшая книга французского физика Юбера Кривина «Понимать, но не предвидеть. Предвидеть, но не понимать». В ней он анализирует два известных сегодня способа получения новых знаний: первый традиционный, установление причинно-следственных связей, формулируемых обычно в виде неких законов, и второй – анализ больших массивов данных, выполняемых обычно компьютером или нейронной сетью в поисках корреляций. Термин «понимать» в физике традиционно трактовали как наличие теории, которая не только объясняет факты, но и предсказывает новые, проверяемые экспериментом. Однако в современной физике обнаружили расщепление столь простой картины. Даже в классической механике простых систем горизонт предсказания может оказаться весьма малым – это явление получило название «детерминированного хаоса». Хотя поведение системы определяется детерминистическими законами, её поведение выглядит случайным из-за неустойчивости по отношению к начальным условиям и параметрам: малейшее изменение начальных условий со временем приводит к сколь угодно большим изменениям динамики системы. Наивная вера Лапласа в мощь ньютоновской механики, дающей принципиальную предсказуемость удаленного будущего с помощью «мощного вычислителя» (демона Лапласа) рухнула. На бытовом уровне это было очевидно и раньше – современные «кандидаты в демоны Лапласа», мощные компьютеры, могут предсказать погоду с достаточной для обывателя точностью не далее трех дней. Но в случае с погодой можно было надеяться на некие неучтенные процессы, недостаточное число пунктов сбора начальных данных, невысокое быстродействие и т. п., а в детерминированном хаосе все учтено, а предсказуемости нет. В качестве наглядного примера детерминистического хаоса (без использования математических формул) рассмотрим поведение двух пробок, брошенных в так называемую «белую воду» бурного горного потока. Если даже первоначальное расстояние между пробками было небольшим, то ниже по течению они, вероятнее всего, окажутся далеко друг от друга. В системах, подобной этой, небольшое различие в начальных условиях (положение пробок) может привести к большому расхождению на выходе.

Другим сюрпризом стала полярная к предыдущей ситуация, сложившаяся в квантовой механике. Математический аппарат теории дает точные (с учетом вероятностного содержания) ответы, то есть адекватные предсказания, полностью подтверждаемые наблюдениями. Но понимаем ли мы квантовую механику? Известное высказывание Ричарда Фейнмана, много сделавшего для формализации квантовой механики, безапелляционно: «Если вы думаете, что понимаете квантовую механику, вы её не понимаете». Речь идет о неоднозначности интерпретации теории, возникающей из-за попыток согласовать квантовую физику с нашим интуитивным пониманием физической реальности. Интерпретации квантовой механики представляют собой различные способы истолкования получаемых результатов. Известно по крайней мере десять различных подходов, пытающихся объяснить, как же квантовая механика получает свои великолепно проверяемые предсказания. Мы упомянем только три наиболее популярные интерпретации:

• Операционализм – отказ от интерпретации вообще. Этот подход часто выражают в виде афоризма: «Заткнись и вычисляй!» (англ. «Shut up and calculate»). Вы получили результат – чего вам еще надо?