Уродливая Вселенная. Как поиски красоты заводят физиков в тупик

Я говорила вам, что математика заставляет нас быть честными. Не дает соврать ни другим, ни самим себе. Вы можете ошибаться с математикой, но не лгать. И это так – вы не можете обманывать с математикой. Однако она сильно способствует запутыванию.

Помните аналогию с храмом знаний, где самый нижний уровень составляют основания физики и мы пытаемся пробиться к более глубокому пониманию? К окончанию моих путешествий во мне прочно поселилось опасение, что находимые нами трещины в фундаменте – и не трещины вовсе, а всего лишь замысловатый узор. Мы копаем не там, где надо.

Как вы видели, большинство проблем, исследуемых нами сегодня в основаниях физики, связаны с численными случайностями. Тонкая настройка массы хиггсовского бозона, сильная CP-проблема, малость космологической постоянной – все это не противоречия и неувязки, а эстетические сомнения.

Но в истории нашей области науки математическая дедукция указывала путь, только если у нас действительно была проблема с несовместимостью. Несовместимость специальной теории относительности и ньютоновской теории тяготения вызвала к жизни общую теорию относительности. Несовместимость специальной теории относительности и квантовой механики породила квантовую теорию поля. Проблемы с вероятностной интерпретацией Стандартной модели позволили нам заключить, что в Большом адронном коллайдере должна обнаружиться новая физика, которая и проявилась в виде бозона Хиггса. Встречались вопросы, поддававшиеся решению с помощью математики. Но подавляющее большинство проблем, с которыми мы имеем дело сегодня, иного свойства. Одно исключение составляет квантование гравитации.

Поэтому первый извлеченный мною урок таков: если хочешь разрешить проблему с помощью математики, сначала убедись, что это действительно проблема.

Физики-теоретики гордятся своей умудренностью и чутьем. И я обеими руками за то, чтобы использовать интуицию, строя предположения, которые лишь позднее могут оказаться подтвержденными (или не оказаться). Но мы должны держать в голове эти предположения, иначе они рискуют превратиться в общепризнанные, несмотря на свою неподтвержденность. Предположения, основанные на интуиции, часто донаучны и попадают в сферу философии. А раз так, то нам необходимо сотрудничать с философами, чтобы понять, как сделать свои интуитивные представления более научными.

Отсюда второй урок: формулируйте свои предположения.

Естественность – одно из таких допущений. И простота тоже; редукционизм не подразумевает неуклонного увеличения простоты с уменьшением расстояний. Возможно, мы, наоборот, должны пройти через стадию (в смысле масштабов), где наши теории вновь усложняются. Упование на простоту, рядящуюся под объединение или под уменьшение числа аксиом, может сбить нас с пути.

Но даже если мы столкнулись со всамделишной проблемой и четко сформулировали свои предположения, все равно с математической точки зрения возможными могут оказаться несколько решений. И в конечном счете единственный способ выяснить, какая же теория верна, состоит в том, чтобы проверить, какая из них описывает природу; неэмпирическая оценка теорий тут не поможет. В поисках теории квантовой гравитации и улучшенного формализма квантовой физики единственный путь вперед – выводить и проверять разные предсказания.

И вот мой третий и последний урок: руководствоваться наблюдательными данными необходимо.

Физика – не математика. Физика – это выбор правильной математики.

Поиски продолжаются

22 июня 2016 года: появляются слухи, что дифотонный всплеск в новых данных с Большого адронного коллайдера исчезает.

21 июля 2016 года: экспериментальный проект LUX по поиску частиц темной материи объявляется завершенным, никаких свидетельств существования вимпов не найдено.

29 июля 2016 года: разговоры о том, что дифотонная аномалия развеялась как дым, звучат громче.

4 августа 2016 года: обнародованы новые данные с Большого адронного коллайдера. Они подтверждают, что дифотонный всплеск пропал без следа. За восемь месяцев с момента его «открытия» было написано свыше пятисот статей о статистической флуктуации. Многие из них опубликованы в ведущих журналах области. Самые популярные из этих статей уже процитированы больше трехсот раз. Если нас это хоть чему-то учит, так это тому, что существующая практика позволяет физикам-теоретикам моментально изобретать сотни объяснений чему угодно, какие бы данные им случайно ни подбросили.

В последующие недели Фрэнк Вильчек проигрывает пари Гарретту Лиси – суперсимметрию на Большом адронном коллайдере так и не нашли. Сходное пари, заключенное на конференции в 2000 году, тоже приносит победу «несуперсимметричной» стороне ²⁰³.

Тем временем, пока я дописываю свою книгу, я выигрываю пари у самой себя, сделав ставку на то, что мои коллеги потерпят череду неудач. Шансы были на моей стороне – коллеги потратили тридцать лет, снова и снова пытаясь делать одно и то же, но ожидая другого результата.

В октябре коллаборация CDEX-1 объявляет, что аксионы не обнаружены.