24 января 2022

Красота не всегда спасает мир

Статья публикуется одновременно в журналах «Эксперт» и «Стимул».

Автор этой книги Сабина Хоссенфельдер — физик теоретик, работающая, что называется, на переднем крае науки с такими загадочными теориями, как Стандартная модель, суперсимметрия, теория струн, темная материя и прочее столь же недостижимое для понимания не только обывателя, но и многих физиков, работающих в других разделах этой науки. Характеризуя свою работу, она пишет, что изобретает, ни много ни мало, новые законы природы и этим зарабатывает на свою жизнь.

«Я больше не понимаю физику»

Но начинает Хоссенфельдер свою книгу с неожиданного признания: «Я осознаю, что больше не понимаю физики… И пока я наблюдала, как моя профессия соскальзывает в кризис, я соскользнула в свой собственный, персональный кризис. Я больше не уверена, что то, чем мы занимаемся в основаниях физики, — наука. А если это не наука, зачем я даром теряю свое время?» Вся книга посвящена изучению природы этого кризиса — и личного, и общего для всей физики — и поиску выхода из него. Чтобы разобраться с этим, автор обращается к крупнейшим физикам нашего времени за комментариями, и значительная часть книги — это ее интервью с ними.

Кризис затрагивает все основные теории, лежащие в основаниях современной физики: уже упомянутые Стандартную модель, теорию струн, суперсимметрию, темную материю, и многие другие, рассказу о которых и их проблемах посвящена значительная часть книги. Причем рассказу временами достаточно ироничному. Так, описывая проблемы теории струн, Хоссенфельдер пишет: «Непрерывное подлаживание специалистов по теории струн под противоречащие данные стало настолько курьезным, что многие физические факультеты держат у себя нескольких таких ученых, поскольку общественность любит слушать об их героических попытках объяснить всё. Фримен Дайсон толкует популярность этого направления исследований так: “…Теория струн привлекательна, потому что создает рабочие места. А почему теория струн предоставляет так много рабочих мест? Потому что теория струн малозатратна. Если вы возглавляете факультет физики в какой-нибудь глубинке, располагая весьма скромными средствами, то у вас нет возможности оборудовать современную лабораторию для занятий экспериментальной физикой, но вы можете позволить себе нанять парочку специалистов по теории струн. Выделяете для них несколько рабочих мест — и вот у вас уже современный факультет физики”».

А характеризуя Стандартную модель, автор цитирует известных физиков, которые, как она пишет, эту модель недолюбливают: «Митио Каку называет ее “уродливой, надуманной”, Стивен Хокинг — “уродливой и случайной”, Мэтт Страсслер хулит ее как “уродливую и нелепую”, Брайан Грин жалуется, что она “обладает слишком большой гибкостью”, а Пол Дэвис считает, что “от нее несет душком нерешенной проблемы”, ибо “тот неуверенный способ, каким она объединяет электрослабое и сильное взаимодействия”, — “уродливое свойство”». И Хоссенфельдер замечает: «Я все еще в поисках физика, кому Стандартная модель нравится».

Судя по всему, окончательным толчком к осознанию Сабиной Хоссенфельдер и многими другими учеными, которые говорят об этом в интервью автору, кризиса в физике послужил крах их надежд на то, что их теории, разработанные ими законы природы будут подтверждены исследованиями, проводимыми на Большом адронном коллайдере: «Мои коллеги и я возлагали большие надежды на проект, стоивший миллиарды долларов, — рассчитывали, что он сделает нечто большее, чем просто подтвердит то, в чем никто и не сомневался… Мы ошиблись. Большой адронный коллайдер не увидел ничего, что подкрепило бы наши новоизобретенные законы природы».

Не имея возможности подтвердить правильность своих теорий экспериментом, физики вынуждены опираться в своих теоретических изысканиях на другие основания, обсуждение которых, собственно, и является главной темой книги.

Математика, красота и элегантность не помогают

Конечно, главное основание современной физики — математика. И не случайно по-английски книга называется Lost in Math —«Заблудившиеся в математике». «В физике, — подчеркивает Хоссенфельдер, — теории сделаны из математики… Теории, разрабатываемые нами сегодня, представляют собой набор предположений — математических соотношений или определений — вместе с интерпретациями, которые связывают математику с наблюдаемыми в реальном мире величинами». Вот почему заслуга «находить точный набор предположений, из которого может быть получена цельная теория, часто достается нашим коллегам, специализирующимся на математической физике — области математики, не физики». Именно об этой связи физики и математики говорил в своем интервью автору этих строк выдающийся российский специалист в области математической физики академик Людвиг Фаддеев: «В чем же состоит различие между математиком и физиком? Оно состоит в различной форме интуиции. У физиков главную роль играет физический смысл… А я говорю, что все-таки математическая элегантность, строгость… именно логическая строгость — это будущее фундаментальной науки». То есть фактически Фаддеев признавал, что физические теории опираются не только на физические и математические аргументы, но и на такие оценочные суждения, как элегантность и строгость.

И это именно та проблема, которая занимает Сабину Хоссенфельдер: насколько физика остается физикой, если ей приходится опираться не на результаты опыта (потому что либо их приходится дожидаться многие десятилетия, либо требуемые опыты просто невозможно провести), а на различные оценочные суждения. «Прошло двадцать пять лет между предсказанием и обнаружением нейтрино, понадобилось почти пятьдесят лет, чтобы засвидетельствовать бозон Хиггса, и столетие — чтобы напрямую детектировать гравитационные волны. Теперь время, необходимое для проверки нового фундаментального закона природы, может превышать продолжительность карьеры ученого. Это вынуждает теоретиков помимо эмпирической адекватности полагаться еще и на иные критерии, чтобы решить, какой тропой дальше следовать. Эстетическая привлекательность — один из таких критериев». И Хоссенфельдер замечает: «В нашем поиске новых идей красота играет много ролей. Она ориентир, награда, стимул. И она же — систематическая ошибка». И один из источников кризиса физики. «Когда физиков просят оценить перспективы новоизобретенной, но еще не проверенной теории, они опираются на понятия естественности, простоты (или элегантности [вспомним Фаддева. — А. М.]) и красоты. Эти тайные законы вездесущи в основаниях физики. Они неоценимы. И находятся в острейшем конфликте с требованием научной объективности». Хотя многие величайшие умы, как признает сама Хоссенфельдер, в своих исследованиях опирались именно на эти критерии. И цитирует, например, выдающегося математика и физика Германа Вейля, который писал: «В своей работе я всегда пытаюсь объединить истину с красотой, но, когда мне приходилось выбирать одно или другое, я обычно выбирал красоту». Однако, судя по всему, именно в противопоставление этому подходу в русскоязычном издании книга была названа «Уродливая Вселенная». Цитируя известного физика Фрэнка Вильчека, «если бы законы не были красивы, мы бы их не обнаружили», Хоссенфельдер замечает, что именно это ее и тревожит. «Я предпочла бы иметь уродливое объяснение, чем никакого вообще, но если Фрэнк прав, то мы можем никогда не найти более фундаментальную теорию, если она недостаточно красива».

В конце концов Хоссенфельдер приходит к выводу, что «чем больше я стараюсь понять ставку моих коллег на красоту, тем менее разумной она мне кажется… Не удалось мне найти математического обоснования ни простоты, ни естественности, ни элегантности — всякий раз в итоге возвращались субъективные человеческие оценки. Я боюсь, что, используя эти критерии, мы выходим за пределы науки». Может быть, потому, что, как она замечает, «принять правду бывает трудно, особенно если она уродлива». Но такое поведение людей не случайно, оно заложено в их природе: «Пестование красоты и желание соответствовать — характерные черты человека. Однако они коверкают нашу объективность. Это когнитивные искажения, не позволяющие науке работать оптимальным образом, и они сейчас не принимаются в расчет».

Кризис не только теории, но и науки как таковой

Но почему все физики так увлеклись этими оценочными суждениями, тем более что они не работают, и не пытаются найти другие решения стоящих перед физикой проблем. Может быть, потому, что так привычнее: ведь раньше все это работало: и математика, и эстетические критерии, и ошибки при использовании этих критериев. Хоссенфельдер сама себе задает этот вопрос: «Всегда было давление среды, всегда была конкуренция, всегда были предвзятость, шаблонное мышление, склонность выдавать желаемое за действительное, профессиональная самонадеянность. Но в итоге-то это ни на что не повлияло. Хорошие победили, плохие проиграли. Истина восторжествовала, прогресс продолжил идти вперед семимильными шагами. Наука, суки, работает. Почему сейчас все должно быть иначе?» И сама на него отвечает: «Потому что наука изменилась. И продолжает меняться». За XX век стало на порядок больше ученых, стало на порядок больше публикаций. Больше коллабораций и статей с большим количеством авторов. «Охота за деньгами отнимает особенно много времени. Исследование 2007 года показало, что преподаватели университетов в США и Европе тратят 40% своих рабочих часов на подачу заявок на гранты». Хоссенфельдер приводит результаты опросов среди научных сотрудников Великобритании и Австралии: «Ложь и преувеличения стали обычным делом при написании заявок. Участники опросов характеризовали свои описания значимости работы как “сплошной цирк” и “выдумки”». Из всего этого автор делает неутешительный вывод: проблемы физики связаны в том числе с социальными проблемами научного сообщества, «ученые подвержены влиянию тех сообществ, частью которых являются. Да, Нобелевская премия мне за это не светит. Но моя теория заставляет меня предположить, что законы природы красивы, ибо физики без устали твердят друг другу о красоте этих законов». И на этой основе формулирует несколько важных выводов, два из которых особенно важны в контексте ее рассуждений:

1. «Нынешняя организация научного мира поощряет ученых присоединяться к уже лидирующим исследовательским программам и не поощряет критику собственной области исследований».

2. «Поддержка сообщества единомышленников влияет на то, как ученые оценивают полезность и потенциал теорий, над которыми решают работать».

Выход один — руководствоваться наблюдениями

Прямо скажем, выводы из столь основательной критики самих основ современной физики, к которым приходит Хоссенфельдер, могут показаться не столь интересными, как само описание проблем, потому что они очень просты, но в чем-то парадоксальны:

— «первый извлеченный мною урок таков: если хочешь разрешить проблему с помощью математики, сначала убедись, что это действительно проблема». Понятно, что этот вывод направлен против тех, кто, манипулируя математикой, пытается разрабатывать новые теории, не считаясь с наличием опытных данных, оправдывающих такое применение математики;

— второй вывод, к которому приходит автор, наверное, неожиданный для многих физиков: «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»;

— «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.

И вот мой третий и последний урок: руководствоваться наблюдательными данными необходимо». Может, это звучит банально, но «физика — не математика. Физика — это выбор правильной математики». Правда, из книги можно сделать вывод, что получить наблюдательные данные, необходимые для решения задач современной физики, далеко не всегда возможно. И что тогда? Тупик? Автор не объясняет.

Хоссенфельдер, Сабина. Уродливая Вселенная: как поиски красоты заводят физиков в тупик. М: Эксмо, 2021. 304 с. Тираж 3000 экз.

 

Текст подверстки: