Книга ‘Затерянные в математике, Как красота вводит физику в заблуждение‘ написана представителем нового поколения физиков, которое не застало триумфы физики элементарных частиц, достигнутые в двадцатом веке. Сабина Хоссенфельдер считает, что идеалы физиков предыдущих поколений, связанные с красотой и элегантностью физических теорий, больше на работают и их пора пересмотреть.
Хоссенфельдер замечает, что она пошла в физику, поскольку она не понимала поведение людей. Однако оказалось, что создание новых теорий в физике связано именно с психологией — красотой, простотой и элегантностью. Книга является своеобразным самокопанием в том, что должно лежать в основе физики. В ходе работы над книгой Хоссенфельдер провела интервью с коллегами про цеху — Нима Аркани-Хамед, Джан Франческо Джудиче, Гордон Кейн, Михаэль Крамер, Гаррет Лиси, Катерина Мак, Кит Олив, Джозеф Полчински, Стивен Вайнберг, Фрэнк Вильчек, Джордж Эллис — и в книге также представлены их ответы.
Исходной точкой работы физика-теоретика служат стандартная модель, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие элементарных частиц, космологическая модель на основе общей теории относительности, содержащая помимо прочего темную энергию и темную материю, и убеждение в том, что должна существовать более базовая теория, которая возможно объединит стандартную модель с теорией относительности.
Основная проблема связана с отсутствием экспериментальных данных, на которые можно было бы опираться при создании новой теории. Естественно, что новая теория должна воспроизводить уже известные результаты, но этого недостаточно для определения пути построения теории. Зато к ожидаемой теории выдвигаются следующие требования: простота, естественность и элегантность. Интересно отметить, что стандартная модель считается физиками неэлегантной. Следует отметить, что Хоссенфельдер хорошо описывает ожидания физиков, при этом ответы физиков из проведенных интервью хорошо укладываются в описываемую картину.
В книге также обсуждаются параллельные вселенные, которыми увлекается ряд космологов, интерпретация квантовой механики, в рамках которой ряд физиков приходит к многомировой интерпретации, и другие увлечения физиков. Меня поразило пристрастие физиков к нумерологии. Например, Дирак в 1937 году заметил, что отношение возраста Вселенной ко времени пересечения светом радиуса атома водорода (6e39) примерно такое же как отношение электрической и гравитационной сил между протоном и электроном (2.3e39). Дирак считал, что это неспроста и физика должна объяснить почему это именно так. Современные физики аналогичным образом считают, что есть целый ряд отношений между физическими величинами, которые должны быть объяснены в рамках базовой теории физики.
Отмечу, что проведенные эксперименты до сих пор не подтвердили идею суперсимметрии, в то время как именно эта идея являлось основной в физике элементарных частиц. Книга Хоссенфельдер хорошо показывает, что надежда умирает последней, тем не менее, из проведенных интервью видно, что у физиков, сделавших ставки на суперсимметрию, появляется неуверенность в положительном исходе дела (Гаррет Лиси выиграл пари у Фрэнка Вильчека, что Большой адронный коллайдер не обнаружит суперсимметрию).
В целом, книга дает возможность неплохо почувствовать, как работают физики-теоретики и что они думают. Хоссенфелдер хорошо описывает исходные идеи и мне стал более понятен ход размышлений в физике элементарных частиц. Правда, следует отметить, что конструктивных предложений в книге Хоссенфелдер нет. Показано, что красота не спасет физику, но вопрос, на что делать ставки, остается открытым.
Информация
Sabine Hossenfelder, Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray, 2018.
01.10.21. Книга переведена на русский в 2021 году: Уродливая Вселенная. Как поиски красоты заводят физиков в тупик.
К кризису в физике — заметка в блоге Хоссенфельдер (November 19, 2018):
The present phase of stagnation in the foundations of physics is not normal