Недавно появился препринт статьи ‘Теория струн, Эйнштейн и идентичность физики: Оценка теории при отсутствии экспериментальных данных‘. Статья посвящена тому обстоятельству, что теория струн в физике активно разрабатывается в течении сорока лет (если считать от первой революции в теории струн) и при этом в работе над теорией участвуют тысячи физиков-теоретиков. Тем не менее, до сих пор нет связи с экспериментом и шансы на появление необходимых экспериментальных данных в будущем неотличимы от нуля.
Ситуация достаточно парадоксальна. Физика является образцом для всех наук и всегда подчеркивается, что физика неразрывано связана с экспериментом: теории физики верны, потому что они позволяют хорошо предсказывать поведение исследуемых систем. Также обычно развитие технологий связывается с развитием физики. Поэтому возникает вопрос — можно ли назвать физиков-теоретиков, работающих над теорией струн, настоящими физиками.
Ниже я остановлюсь на одной линии обсуждения из статьи, связанной с историей науки, поскольку по ходу истории менялось понимание того, кого можно считать ‘настоящим физиком’. За точку отсчета возьмем европейский мир до начала научной революции. Физика относилась к натурфилософии, при этом роль физика сводилась к чисто созерцательному рассмотрению причин наблюдаемых изменений. Причины обсуждались на качественном уровне без участия математики. Также не было связи с экспериментом и наблюдениями. Таким образом, ‘настоящий физик’ в те времена был натурфилософом в рамках созерцательной философии Аристотеля.
Хорошим примером служит судьба Галилея — он начал свою карьеру математиком и его жалованье было в несколько раз меньше такового у философа. Философ думает о том, как устроен мир, а математик нужен разве только ремесленникам. Тем не менее, в конце концов Галилей смог на зависть другим философам устроиться при дворе Медичи математическим философом с вполне приличным жалованьем. Также уместно вспомнить название фундаментальной работы Ньютона: ‘Математические начала натуральной философии‘. При этом фокус исследования в физике сместился в сторону активного проведения экспериментов.
Итак, в ходе научной революции семнадцатого века ‘настоящий физик’ радикально изменился. Им стал натурфилософ, который владел математикой и который активно использовал эксперимент — словами Фрэнсиса Бэкона природа вздергивалась на дыбу, чтобы открыть ее тайны. Важно отметить, что в работе ‘настоящего физика’ осталась созерцательная часть (исходный вопрос как устроен мир остался без изменения), но при этом натурфилсофия связывалась с практическими вопросами. Человек, обладающий знаниями о мире, мог достичь успеха в решении практических задач, что в свою очередь служило подтверждением правильности его теоретических взгядов.
Следующий шаг — отделение теоретической физики, которое произошло в конце девятнадцатого века. Тем не менее, тогда оставалась неразрывная связь с экспериментом. Вопрос не стоял в том, кого назвать ‘настоящим физиков’ — физика-теоретика или физика-экспериментатора. ‘Настоящий физик’ должен был или проводить хорошие эксперименты, полезные для развития теории, или развивать физические теории, полезные для новых постановок эксперимента.
Культовой фигурой на этом пути является Альберт Эйнштейн. Картина выше поменялась на позднем этапе научной деятельности Эйнштейна, когда он начал работать над единой теорией в физике в полном отрыве от эксперментальной физики тех лет. Противники и сторонники теории струн по-разному трактуют этот период жизни Эйнштейна. Первые ссылаются на слова Роберта Оппенгеймера о том, что Эйнштейн напрасно теряет свое время и что он сошел с ума, вторые говорят о том, что Эйнштейн был первопроходцем, не понятым в свое время.
Как бы то ни было, мы приходим к вопросу о том, возможен ли прогресс в теории физики, которая никак не связана с экспериментальными данными. В статье разбираются аргументы философа Ричарда Давида (Richard Dawid) о том, что такое вполне возможно и что теория струн характеризует начала нового этапа в развитии физики. Давид ссылается на 1) отсутствие альтернатив, 2) неожиданные объяснения, найденный в теории струн, 3) похожесть теории струн на предыдущие физические теории, которые были связаны с экспериментом.
Я бы сказал, что мы возвращаемся на изначальную стадию ‘настоящего физика’ с той разницей, что вместо философии Аристотеля созерцательная часть базируется на математических структурах, которые по той или иной причине кажутся физикам привлекательными. В любом случае про связь фундаментальной физикой с практическими задача следует забыть, практические задачи снова всецело отдаются в руки ремесленников. Все возвращается на круги свои.
Информация
van Dongen, Jeroen. String theory, Einstein, and the identity of physics: Theory assessment in absence of the empirical. arXiv preprint, arXiv:2105.14342 (2021).
См. также: Деар, Питер. Историей чего является история науки? Истоки идеологии современной науки в раннее Новое время.
В статье неплохо разбирается первый этап научной революции семнадцатого века — переход к сочетанию созерцательной натурфилософии с решением практических задач (Франсис Бэкон).
см. Истоки идеологии современной науки