Фрэнк Вильчек: Красота физики

Физик-теоретик, нобелевский лауреат 2004 года (асимптотическая свобода кварков) Фрэнк Вильчек использовал идею красоты как основу для научно-популярной книги о физике. Книга хороша написана и содержит прекрасные иллюстрации (хотя следует отметить, что в издание книги на Всенаука не попали цветные вкладки).

Вильчек возводит идеи красоты мироустройства к Пифагору и Платону. Далее идут Ньютон и Маквсвелл, а затем красота связывается с поиском симметрии. С этой точки зрения неплохо рассмотрены сильные и слабые взаимодействия в рамках Стандартной модели (в книге Вильчек называет ее Главной теорией).

Правда, с поиском суперсимметрии в теории элементарных частиц случился казус. Предсказание Вильчека 2015 года ниже по нахождению новых частиц, предсказываемых суперсимметрией, не оправдалось — красота, похоже, завела физиков куда-то не туда.

‘Большой адронный коллайдер скоро — в течение следующих пяти лет — должен оказаться в состоянии сконцентрировать достаточно энергии, чтобы начать производить некоторые из этих частиц. Держу пари, что так и будет.’

Вначале несколько высказываний про красоту и гармонию в физическом мире:

‘По мере того, как мы расширяем наше понимание реальности, мы должны также расширять и наше чувство прекрасного. Ведь красота глубочайших замыслов Природы, которую мы должны найти, так же необычна, как ее необычность прекрасна.’

‘Мир, в его фундаментальном устройстве, не воплощает все формы красоты, причем он не воплощает как раз те формы, которые людям без специального образования или очень не обычного вкуса кажутся самыми привлекательными. Но мир в его фундаментальном устройстве воплощает некоторые формы красоты, которые высоко ценились сами по себе и интуитивно связывались с божественным.’

‘Действительно, обычное вещество строится из атомов, которые являются в полном и точном смысле крошечными музыкальными инструментами. В их взаимодействии со светом претворяется в жизнь математическая Музыка Сфер, которая превосходит чаяния Пифагора, Платона и Кеплера. В молекулах и веществах упорядоченной структуры эти атомные инструменты играют вместе, подобно гармоничным ансамблям и синхронизированным оркестрам.’

Отмечу, что глубокого обсуждения связи уравнений физики с миром в книге нет. Вильчек несколько раз указывает на то, что ‘идеальное’ и ‘реальное’ связаны друг с другом, но это остается на уровне деклараций. Вопрос о том, каким образом математические уравнения в физике и материальные объекты связаны между собой в книге не обсуждается. Весь разговор сводится к тому, что эксперименты подтверждают предсказания, сделанные с использованием уравнений.

Что такое красота, также детально не обсуждается — по ходу книги красота связывается с симметрией. В этой связи приведу описание обсуждение красоты у Гейзенберга в статье Визгина:

‘Гейзенберг приводит два основных, известных с античности определения красоты. Первое из них определяет ее как «правильное согласование частей друг с другом и с целым». … Это определение имеет четкие пифагорейско-платоновские истоки и напрямую связывает прекрасное с математической структурой, с симметрией и гармонией.’

‘Другое понимание красоты восходит к Плотину, который, подчеркивает Гейзенберг, «обходится вовсе без упоминания частей и называет красотой вечное сияние Единого, просвечивающего в материальном явлении».’

‘Вот слова самого Гейзенберга: «Для некоторых важных эпох в истории искусства это определение (плотиновское. — В. В.) подходит лучше, чем первое, и часто такие эпохи влекут нас к себе. Но в наше время трудно говорить об этой стороне красоты (у Плотина это не «сторона», а смысл и сущность прекрасного. — В. В.), а правило держаться нравов того времени, в котором приходится жить, и молчать о том, о чем трудно говорить, — пожалуй, верно. Да, собственно говоря, оба определения не так уж далеки друг от друга. Удовольствуемся же первым, более трезвым определением красоты, имеющим безусловное отношение и к естественной науке, и сделаем вывод, что в точном естествознании, как и в искусстве, главный источник распространяемого света и ясности заключается в красоте».’

‘Поразительные слова! Здесь и послушание «духу времени», уступка историческому релятивизму и, если угодно, оппортунизм (сейчас, мол, трезвая эпоха и мистические спекуляции как-то неуместны), и поразительное умение все же усесться, пусть и несимметрично, сразу на двух стульях: ведь, в конце концов, Гейзенберг фактически принимает отвергаемое им же определение Плотина, говоря о свете и ясности и их источнике. Все это свидетельствует о тонкости вкуса у искушенного, гуманитарно образованного ученого.’

Такая позиция в определенной степени просматривается в книге Вильчека — наряду с рациональным пониманием красоты как симметрии, в книге также можно заметить мистические нотки. Не зря Вильчеку недавно присудили Темплтоновскую премию.

В книге Вильчек активно использует метафору Пещеры Платона для описания целей науки — открыть настоящее устройство мира. Для иллюстрации метафоры Пещеры Вильчек привлек изображение из книги Камиля Фламмариона 1888 года:

По-моему, рисуночек прекрасно показывает проблему с пространственными отношениями при восприятии цвета (одна из тем в книге Вильчека). Итак, фотоны падают на сетчатку, рецепторы-родопсины посылают сигналы в мозг, который в конце концов превращает сигналы в цвет:

‘Человеческий мозг — это наш высший орган чувств. Мозг определил, что существуют невидимые бесконечности, скрытые в свете. Наше восприятие цвета проецирует дважды бесконечномерное пространство физического цвета на трехмерную стену нашей внутренней Пещеры.’

Однако это показывает, что цвет не может находиться там, где находятся электромагнитные волны, поскольку цвет находится только во внутренней Пещере, по всей видимости, где-то в голове. Это означает, что если человек видит красный шарик перед собой, то на самом деле он уже находится в Пещере Платона, то есть в виртуальном мире, созданным мозгом. Электромагнитные волны, про которые говорит физика, находятся где-то снаружи Пещеры. Для их наблюдения требуется вылезти из виртуального мира, примерно так, как показано на рисуночке.

Еще одно высказывание на эту тему:

‘Грубо говоря, наши глаза 25 раз в секунду делают моментальный кадр, а наш мозг создает из них иллюзию непрерывного кино.’

Где находится экран, на котором мозг показывает это кино? К сожалению, Вильчек этот вопрос оставляет открытым.

Еще одна тема книги, к которой хорошо подходит рисуночек выше. Вильчек в духе Парменида хочет видеть физический мир постоянным и неменяющимся (пространство-время просто существует). Одна из целей — избежать введения начальных условий:

‘Если Парменид и Вейль правы и пространство-время в целом является первичной реальностью, то мы должны стремиться к фундаментальному описанию их в целостности. И в этом описании не будет места для начальных условий.’

На этом пути Вильчек опирается на видение Вейля:

‘Герман Вейль, чьи книги очень много значили для моего образования, сформулировал это таким образом, что я считаю эти строки достойными занять свое место среди самых прекрасных и самых глубоких высказываний в мировой литературе:

«Объективный мир просто есть, он не случается. Лишь для взора моего сознания, карабкающегося по мировой линии жизни моего тела, порождается часть мира как образ, плывущий в пространстве и непрерывно меняющийся во времени».’

В этом смысле человек на рисуночке выше находится в виртуальном мире сознания и он выглядывает посмотреть на неизменное пространство-время.

Информация

Фрэнк Вильчек, Красота физики: Постигая устройство природы, 2016.

Frank Wilczek, A Beautiful Question. Finding Nature’s Deep Design, 2015.

Визгин, В. П. Вернер Гейзенберг о соотношении искусства и науки. В кн. Наука и искусство, 2005, с. 95-120.

Обсуждение

https://evgeniirudnyi.livejournal.com/299578.html


Comments are closed.