Неприятности с физикой: взлёт теории струн, упадок науки и что за этим следует - Смолин Ли
Другая грань теории струн, которую многие находят беспокоящей, есть то, что может быть описано только как мессианские тенденции некоторых её деятелей, особенно некоторых молодых деятелей. Для них теория струн стала религией. Те из нас, кто публикует статьи, задающие вопросы по поводу результатов или утверждений теории струн, регулярно получают электронные письма, самая умеренная форма брани в которых есть «Вы смеётесь?» или «Это шутка?». Дискуссии с «оппонентами» теории струн в изобилии имеются на страничках Интернета и в чатах, где, даже принимая во внимание развязную природу таких мест, интеллигентность и профессиональная компетентность не-струнных теоретиков ставится под вопрос в необыкновенно неприятных терминах. Тяжело не прийти к заключению, что, по меньшей мере, некоторые струнные теоретики начали рассматривать себя как участников крестового похода, а не как учёных.
С этой самодовольной манерой держаться связана тенденция прочитывать доказательства самым оптимистичным из возможных способом. Мои коллеги в квантовой гравитации выбирают реалистичный, часто пессимистичный взгляд на варианты решения открытых проблем. Среди теоретиков по петлевой квантовой гравитации я кажусь великим оптимистом. Но мой оптимизм бледнеет по сравнению с оптимизмом большинства струнных теоретиков. Это особенно верно, когда он доходит до больших вопросов, не имеющих ответа. Как обсуждалось, «струнный» взгляд на вещи основан на существующих издавна предположениях, в которых имеется широкая уверенность у струнных теоретиков, но которые никогда не были доказаны. Некоторые струнные теоретики верят им в любом случае. Оптимизм хорош в значительной степени, но не тогда, когда он приводит к бесповоротному неправильному представлению. К сожалению, картина, представляемая обычно широкой публике в книгах, статьях и телевизионных шоу — точно также, как и для аудитории, состоящей из учёных, — существенно отличается от того, на что указывает прямое чтение опубликованных результатов. Например, в обзоре книги Леонарда Сасскайнда «Космический ландшафт» (2005) в специализированном журнале для физиков обозреватель, обращая внимание на существование множества струнных теорий, установил:
Эта проблема излечивается М-теорией, единственной всеохватывающей теорией, к которой относятся пять суперструнных теорий через требование 11 пространственно-временных измерений и включение высокоразмерных протяжённых объектов, именуемых бранами. Среди достижений М-теории есть первое микроскопическое объяснение для энтропии чёрных дыр, впервые предсказанное в 1970-е Хокингом с использованием макроскопических аргументов… Проблема с М-теорией в том, что, хотя её уравнения могут быть однозначны, она имеет миллиарды и миллиарды различных решений.[113]
Самое выдающееся преувеличение здесь то, что подразумевается, что М-теория существует как точная теория, а не предполагаемая, и что она имеет определённые уравнения, ни то ни другое не верно. Претензии на объяснение энтропии чёрных дыр (как отмечалось в главе 9) преувеличены, поскольку результаты теории струн работают только для специальных и нетипичных чёрных дыр.
Вы можете также найти такое искажение на WEB-страницах, предназначенных для введения в теорию струн для публики, как следующее:
Имеется даже мода, описывающая гравитон, частицу, переносящую силу гравитации, что является важной причиной, почему теория струн привлекает такое большое внимание. Суть в том, что мы можем придать смысл взаимодействию двух гравитонов в теории струн таким образом, которым мы не смогли бы это сделать в квантовой теории поля. Тут нет бесконечностей! А гравитация не есть что-то, что мы добавляем руками. Она должна существовать в теории струн. Так что первым великим достижением теории струн была выдача последовательной теории квантовой гравитации.[114]
Те, кто отвечает за эту отдельную WEB-страницу, знают, что никто не доказал, что там «нет бесконечностей». Но они кажутся достаточно уверенными в истинности предположения, чтобы представить его как факт. Далее они также поднимают проблему пяти различных суперструнных теорий:
И только тогда было осознано, что эти пять теорий струн на самом деле являются островами на одной и той же планете, а не на разных! Таким образом, имеется основополагающая теория, только различными аспектами которой и являются все струнные теории. Она была названа М-теорией. М может означать Мать всех теорий или Тайна (Mystery), поскольку планета, которую мы называем М-теорией ещё почти совершенно не исследована.
Это чётко устанавливает, что «имеется основополагающая теория», даже если последняя фраза признаёт, что М-теория «ещё почти совершенно не исследована». Представитель публики должен будет заключить отсюда, что имеется теория, называемая М-теория, с обычными признаками теории, которые заключаются в формулировании в терминах точных принципов и представлении точных уравнений.[115]
Многие обзорные статьи и сообщения имеют одинаковые неопределённости и неточные утверждения по поводу результатов. К сожалению, имеется гораздо больше неразберихи по поводу того, что на самом деле было достигнуто теорией струн, в русле тенденции преувеличивать результаты и минимизировать трудности. Когда я спросил экспертов, я был шокирован, обнаружив, что многие струнные теоретики не в состоянии дать корректные и детальные ответы на вопросы о статусе ключевых предположений, таких как пертурбативная конечность, S-дуальность, предположение Малдасены или М-теория.
Я понимаю, что это сильное обвинение, чтобы предъявить его, так что позвольте мне проиллюстрировать его на примере. Одно из основных утверждений, сделанных о теории струн, заключается в том, что она конечная теория. Это означает, что ответы, которые она даёт на все физически осмысленные вопросы, содержат конечные числа. Ясно, что любая жизнеспособная теория должна обеспечивать конечные ответы на вопросы о вероятностях, или конечные предсказания для масс или энергий некоторых частиц или для величин некоторых сил. Однако предложенные квантовые теории фундаментальных сил часто не способны так действовать. На самом деле огромное число различных теорий сил, согласующихся с принципами относительности, все, за исключением малого числа, дают бесконечные ответы на такие виды вопросов. Это особенно верно для квантовых теорий гравитации. Многие когда-то многообещающие подходы были отброшены, поскольку они не могли давать конечные ответы. Немногие исключения включают теорию струн и петлевую квантовую гравитацию.
Как я обсуждал в главе 12, утверждение, что теория струн даёт конечные ответы, выражено в определённой аппроксимационной схеме, именуемой струнная теория возмущений. Эта технология даёт бесконечный набор приближений к движениям и взаимодействиям струн в заданной конфигурации. Мы говорим о первом приближении, втором приближении, семнадцатом приближении, стомиллионном приближении и так далее до бесконечности. Чтобы обеспечить теории конечность в такой схеме, необходимо доказать, что каждый отдельный член из бесконечного числа членов конечен. Это тяжело сделать, но не невозможно. Это было сделано, например, для квантовой теории электромагнетизма, или КЭД, в конце 1940-х и в 1950-х. Это был триумф Ричарда Фенмана, Фримена Дайсона и их поколения. Конечность стандартной модели физики частиц была доказана в 1971 году Герардом т′Хоофтом.
Большое возбуждение в 1984-85 годах было частично вследствие того, что была доказана конечность пяти исходных теорий суперструн в первом приближении. Несколькими годами позже была опубликована статья весьма авторитетного теоретика Стэнли Мандельштама, где считалась доказанной конечность всех из бесконечного числа членов[116].
