Неприятности с физикой: Взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Ничего не значит, что слово "социология" возникает сегодня больше среди струнных теоретиков, чем среди любых других групп ученых, которых я знаю. Оно кажется сокращением выражения "взгляд сообщества". В обсуждении текущего состояния дел с молодыми струнными теоретиками вы часто слышите от них вещи вроде: "Я уверен в теории, но я ненавижу социологию". Если вы высказываете свое мнение по поводу узости точек зрения, представленных на конференциях по теории струн, или по поводу быстрой смены тем модных исследований из года в год, струнный теоретик согласится и добавит: "Мне это не нравится, но это же просто социология". Не один друг объявлял мне, что "сообщество приняло решение, что теория струн верна, и нет ничего, что бы вы могли с этим сделать. Вы не можете бороться с социологией".

Настоящий социолог скажет вам, что для того, чтобы понять деятельность сообщества, вы должны исследовать власть. Кто над кем имеет власть, и как эта власть осуществляется? Социология науки не является таинственной силой; она опирается на влияние, которое более старые, состоявшиеся ученые оказывают на карьеры более молодых ученых. Мы, ученые, чувствуем неудобство, говоря об этом, поскольку это ставит нас перед возможностью, что организация науки может не быть вполне объективной и рациональной.

Но после размышлений об этом в течение долгого времени я стал убеждаться, что мы должны говорить о социологии теоретической физики, поскольку явление, на которое мы коллективно ссылаемся как на "социологию", оказывает существенное негативное влияние на ее прогресс. Даже если большинство струнных теоретиков являются людьми чести, которые выполняют свою работу с лучшими намерениями, имеются аспекты социологии указанной области, которые не нормальны по сравнению с идеалами, которые определяют большее научное сообщество. Они приводят к патологиям в методологии теоретической физики, которые тормозят прогресс. Проблема не в том, является ли теория струн стоящей или должна ли она поддерживаться, а в том, почему теория струн, несмотря на недостаток экспериментальных предсказаний, монополизировала ресурсы, имеющиеся в распоряжении для продвижения фундаментальной физики вперед, таким образом, задушив исследования равно многообещающих альтернативных подходов. Имеются хорошие свидетельства, что прогресс самой теории струн замедлился из-за социологии, которая ограничивает набор исследуемых вопросов, и исключает как вид одаренных богатым воображением и независимо мыслящих ученых, которых требует прогресс.

Я должен подчеркнуть, что в теоретической физике всегда была доминирующая область. В одно время это была ядерная физика, затем это была физика элементарных частиц. Теория струн только самый недавний пример. Возможно, физическое сообщество организовано таким образом, что всегда в любой выбранный момент будет доминирующая область. Если так, тогда нам нужно изучить, почему.

Первая вещь, которую замечает сторонний наблюдатель по поводу сообщества теории струн, это его потрясающая самоуверенность. Как свидетель первой суперструнной революции в 1984, я вспоминаю ощущение триумфа, с которым приветствовали новую теорию. Дэн Фридэн, одна из молодых звезд этой области, информировал меня: "Это все будет в течение следующих двенадцати или восемнадцати месяцев. Вам лучше войти в тему, пока еще что-нибудь остается делать в теоретической физике". Это было только одно из многих утверждений, что места должны быть быстро заняты.

Конечно, этого не произошло. Но через все последующие достоинства и недостатки многие струнные теоретики продолжили быть в высшей степени уверенными как в истинности теории струн, так и в их превосходстве над теми, кто не может или не хочет ей заниматься. Для многих струнных теоретиков, особенно для молодых, не имеющих воспоминаний о физике до их времен, является непостижимым, что талантливые физики, получив шанс, могли бы выбрать что-нибудь другое вместо того, чтобы быть струнным теоретиком.

Эта позиция, конечно, вызывает отвращение физиков в других областях. Вот мысли физика ДжоЭнн Хьюитт, занимающейся частицами в Стэнфордском Линейном Ускорительном Центре, с ее блога:

Я нахожу высокомерие некоторых струнных теоретиков поразительным, даже по стандартам физиков. Некоторые искренне уверены, что все не струнные теоретики являются учеными второго сорта. Это повсюду в их рекомендательных письмах друг другу, и некоторые из них на самом деле говорили это мне в лицо. ... Струнная теория [воспринимается] столь важной, что она должна осуществляться на практике в статье расходов любой другой теории. Имеются два проявления этого: струнные теоретики приглашались на работу на профессорско-преподавательские позиции на непропорционально высокий уровень, не обязательно соизмеримый со способностями во всех случаях, и молодые струнные теоретики обычно плохо образованы в физике частиц. Некоторые буквально затруднялись назвать фундаментальные частицы природы. Оба этих проявления вызывают беспокойство по поводу долгосрочного будущего нашего предмета.

Высокомерие, которое описала доктор Хьюитт, стало свойством сообщества струнных теоретиков с самого начала. Субрахманьян Чандрасекар, возможно, величайший астрофизик двадцатого столетия, любил рассказывать историю визита в середине 1980х в Принстон, где он чествовался за недавнее награждение Нобелевской премией. За завтраком он оказался рядом с важным молодым человеком. Поскольку физики часто идут на неформальное общение, он спросил своего напарника по завтраку: "Над чем вы работаете в эти дни?" Ответ был: "Я работаю над теорией струн, которая является самым важным достижением в физике двадцатого столетия". Молодой человек продолжил советовать Чандре прекратить то, что он делал, и переключиться на теорию струн, или он рискует стать столь же ненужным, как те, кто в 1920е не принял немедленно квантовую теорию.

"Молодой человек," – ответил Чандра, – "Я знал Вернера Гейзенберга. Я могу обещать вам, что Гейзенберг никогда не был бы столь груб, чтобы сказать кому-нибудь, чтобы тот остановил то, что делает, и занялся квантовой теорией. И он определенно никогда не был бы столь неучтив, чтобы сказать кому-нибудь, кто получил своего доктора философии пятьдесят лет назад, что он близок к тому, чтобы стать ненужным".

Любой, кто имеет дело со струнными теоретиками, регулярно сталкивается с этим видом крайней самонадеянности. Не имеет значения, какая проблема обсуждается, единственный вариант, который никогда не возникает (кроме случаев, когда он вводится сторонним наблюдателем), это что теория может просто быть неправильной. Если обсуждение меняет направление к факту, что теория струн предсказывает ландшафт, а поэтому не делает предсказаний, некоторые струнные теоретики будут напыщенно говорить об изменении определения науки.

Некоторые струнные теоретики предпочитают верить, что теория струн слишком сокровенна, чтобы быть понятой человеческим существом, вместо того, чтобы рассмотреть возможность, что она может быть просто неверна. Одно недавнее объявление на физическом блоге прекрасно озвучило это: "Мы не можем ожидать, чтобы собака поняла квантовую механику, и может быть, что мы достигли предела того, что люди могут понять по поводу теории струн. Может быть, где-то имеются высокоразвитые цивилизации, для которых мы являемся столь же разумными, как и собаки для нас, и может быть, что они достаточно хорошо постигли теорию струн, чтобы двигаться к лучшей теории...". На самом деле струнные теоретики, кажется, не имеют проблем с верой в то, что теория струн должна быть верна, одновременно признавая, что у них нет идей, что она реально собой представляет. Другими словами, теория струн будет частью схемы, что бы за ней не последовало. Первое время, когда я слышал выражение этого взгляда, я думал, что это шутка, но четвертое повторение убедило меня, что говорящий серьезен. Даже Натан Зайберг, который является выдающимся теоретиком в Институте перспективных исследований, цитировался в недавнем интервью как сказавший ("с улыбкой"): "Если имеется нечто (за пределами теории струн), мы назовем это теорией струн".

Родственная характеристика является смыслом наименования и отсутствия уважения к тем, кто работает над альтернативными подходами к проблемам, на решение которых претендует теория струн. В самом деле, струнные теоретики обычно не интересуются тем, а часто игнорируют все, что не носит названия теория струн. В отличие от практики встреч по квантовой гравитации, главные конференции по теории струн никогда не приглашают дать статьи ученых, работающих над конкурирующими подходами. Это, конечно, служит только для поддержки претензий струнных теоретиков на то, что теория струн является единственным подходом, дающим успешные результаты по квантовой гравитации. Неуважение к альтернативным подходам временами граничит с презрением. На недавней конференции по теории струн редактор из издательства Кембриджского университета сообщил мне по секрету, что один струнный теоретик сказал ему, что он никогда не будет рассматривать публикации издательства, поскольку оно выпустило книгу по петлевой квантовой гравитации. Этот вид мышления не так редок, как должен был бы быть.

Струнные теоретики осведомлены о своей доминирующей позиции в физическом мире, и больше всего, кажется, чувствуют, что это заслуженно, – если теория сама себя не подтверждает, тот факт, что так много талантливых людей работает в ней, определенно должен подтверждать. Если вы поднимаете детальные вопросы по поводу одного из утверждений теории струн перед экспертом, вы рискуете быть рассмотренным, со слабым замешательством, в качестве кого-то, кто необъяснимо выбрал путь, который препятствует членству в клубе. Конечно, это не верно для многих открыто мыслящих струнных теоретиков, – но имеется своеобразное стягивание мускулов лица, которое я слишком часто видел, чтобы игнорировать, и это обычно происходит, когда молодой струнный теоретик внезапно осознает, что он или она разговаривает с кем-то, кто не разделяет всех установок клана.

Другой признак теории струн в том, в отличие от других областей физики, что имеется четкое разделение между струнными теоретиками и не струнными теоретиками. Вы можете написать несколько статей по теории струн, но это не обязательно означает, что вы будете рассматриваться струнными теоретиками как один (или одна) из них. Сначала я находил это сбивающим с толку. Я следовал старой стратегии работы над разными подходами, чтобы попытаться научиться от каждого, чему я смог бы. Я также первоначально рассматривал большую часть того, что я делал, даже работу над квантовой гравитацией, как обращение к важной открытой проблеме в теории струн, которая была в том, как сделать ее формулировку независимой от фона. В итоге некоторые друзья объяснили мне, что, чтобы рассматриваться как часть сообщества струнной теории – и поэтому иметь все надежды оставить в ней след, – вы должны работать не просто над теорией струн, но над особыми проблемами, которыми струнные теоретики ранее занимались. Я не думаю, что это пришло в голову моим друзьям, что делая так, можно подорвать мои взгляды или посягнуть на мою академическую свободу.

Я имею широкий круг интересов, и я всегда хожу на конференции в областях науки за пределами моих собственных. Но только на конференциях по теории струн ко мне подходят люди и спрашивают: "Что вы здесь делаете?" Если я объясняю, что я работал в теории струн и хотел бы увидеть, что делали другие люди, они могут сказать, вопросительно намощив брови: "Но разве вы не этот петлевой парень?" Ни один человек на конференциях по астрофизике, космологии, биофизике или постмодернизму никогда не спрашивал меня, что я там делаю. На одной конференции по теории струн ведущий струнный теоретик подсел ко мне, протянул свою руку и сказал: "Добро пожаловать домой!". Другой сказал: "Так приятно увидеть вас здесь! Мы о вас беспокоились".

В любой заданный год в теории струн имелось не более двух или трех областей, которые интенсивно исследовались. Они менялись от года к году, и мода может быть отслежена, если взглянуть на заголовки сообщений на главных годовых конференциях по теории струн. Часто, как минимум, две трети сообщений касались одного или двух направлений, которые не были сильно представлены двумя годами ранее и уже будут почти отсутствовать на конференции двумя годами позже. Молодые люди хорошо осведомлены, что успешная карьера требует следования двум или более из этих увлечений в быстром чередовании, только достаточно долго, чтобы получить хорошего постдока, а затем хорошее доцентство. Если вы поговорите об этом с лидерами теории струн, как я это делал время от времени, вы откроете, что они искренне уверены, что концентрация усилий большого сообщества очень ярких людей приводит к более быстрому прогрессу, чем поощрение коллег думать независимо и заниматься различными направлениями.

Этот монолитный и (как его назвал один из главных струнных теоретиков) "дисциплинированный" подход имел три заслуживающих сожаления следствия. Первое, проблемы, которые не могли быть решены за два или три года, отбрасывались, и часто к ним никогда не возвращались. Причина проста и жестока: молодые струнные теоретики, которые быстро не отказывались от своей тяжело завоеванной специализации в недолго главенствующей области и не переключались на новое направление, иногда оказывались вне академических позиций. Второе, область продолжает подпитываться идеями и исследовательскими программами нескольких людей, которые теперь полностью главенствуют. В прошлом десятилетии только два молодых струнных теоретика, Хуан Малдасена и Рафаэль Буссо, сделали открытия, которые изменили направление области. Это находится в контрасте со многими другими областями физики, где большинство новых идей и направлений возникает от двадцати- или тридцатилетних людей. Третье, струнная теория неэффективно использует таланты и труд большого числа людей в своем сообществе. Имеется более чем дублирование усилий, тогда как многие потенциально важные идеи не исследуются. Это сужение дороги очевидно для любого, кто сидит в университетских комитетах, которые выбирают постдоков. В таких областях как космология, теория квантовой информации или квантовая гравитация имеется столь же много предложений для исследований, сколько и кандидатов, и часты идеи, о которых никто прежде не слышал. В омуте теории струн вы имеете тенденцию снова и снова сталкиваться с одними и теми же двумя или тремя предложениями.

Конечно, молодые люди знают, что они делают. Я имел много лет опыта в таких комитетах, и я нашел, что, с несколькими исключениями, стандарты, используемые струнными теоретиками для оценки их претендентов отличаются от стандартов в других областях. Способность сделать математически остроумную работу по проблемам, представляющим текущий интерес, насколько я могу судить, оценивается выше, чем изобретение оригинальных идей. Тому, кто публиковал статьи только с ведущими вышестоящими учеными и чьи исследовательские предложения показали минимум свидетельств независимых решений или оригинальности, вероятно, не будет предложена позиция в ведущем центре по квантовой гравитации, но это кажется самой безошибочной дорогой к постдоку в ведущих центрах по теории струн. Вид соискателя, который возбуждает меня, – некто со статьями одного автора, описывающими удивительные прозрения или рискованные новые идеи, – оставляет моих друзей из струнной теории равнодушными.

В других сообществах, в которых я проводил время, таких как квантовая гравитация и космология, имеется многообразие взглядов по поводу открытых проблем. Если вы поговорите с пятью различными экспертами, молодыми или старыми, вы получите пять различных оценок того, что в предмете главное. Исключая недавние аргументы о ландшафте и антропном принципе, струнные теоретики придерживались необыкновенно однородных взглядов. Были слышны одинаковые вещи, иногда в одинаковых словах, от различных людей.

Я знаю несколько молодых струнных теоретиков, которые возражают против такой характеристики. Они настойчиво утверждают, что внутри сообщества имеется широкий диапазон взглядов, – диапазон, о котором сторонние наблюдатели просто не осведомлены. Это хорошая новость, но совсем другое люди говорят приватно своим друзьям. На самом деле, если ширина диапазона взглядов выражается частным образом скорее, чем публично, это указывает, что имеется иерархия, контролирующая обсуждения – и исследовательские программы работ.

Предумышленное сужение исследовательских программ работ лидерами теории струн прискорбно не только в принципе, но также и потому, что это почти определенно приводит к замедлению прогресса. Мы знаем это из-за большого числа идей, которые стали важны для области через много лет после того, как они были впервые предложены. Например, открытие того, что теория струн представляет собой гигантскую коллекцию теорий, было впервые опубликовано Эндрю Строминджером в 1986, но широко обсуждаться струнными теоретиками оно стало только после 2003, вслед за работой Ренаты Каллош и ее коллег из Стэнфорда. Вот недавняя цитата из Вольфганга Лерхе, хорошо известного струнного теоретика из ЦЕРНа:

Ну, что я нахожу возмутительным, это что эти идеи оказались забытыми с середины 80х; в одной статье по 4d струнным конструкциям была сделана грубая оценка минимального числа струнных вакуумов – порядка 10¹⁵⁰⁰; этот труд был проигнорирован (поскольку он не вписывался в философию того времени) теми же самыми людьми, которые сегодня пере- "изобрели" ландшафт, который появился в этом контексте в журналах и даже, кажется, написаны книги о нем. ... Вся дискуссия могла бы (и, фактически, должна была бы) иметь место в 1986/87. Главная вещь, что изменилось с тех пор в умах определенных людей, а что мы сегодня видим есть Стэнфордская пропагандистская машина, работающая на полную катушку.

Мое собственное предположение, что теория струн должна рассматриваться как ландшафт теорий, было впервые опубликовано в 1992 и также было проигнорировано. Это не изолированный пример. Две одиннадцатимерные суперсимметричные теории были изобретены перед первой суперструнной революцией в 1984, но игнорировались вплоть до их рассмотрения заново во второй революции, более чем десятилетием позже. Это были одиннадцатимерная супергравитация и одиннадцатимерные супермембраны. Между 1984 и 1995 малое число теоретиков работали в этих теориях, но они были вытолкнуты сообществом теории струн на обочину. Я могу вспомнить несколько саркастических ссылок американских струнных теоретиков на тех "европейских супергравитационных фанатиков". После 1995 эти теории было предложено объединить вместе с теорией струн в М-теорию, и те, кто работал над ними, были приглашены назад в струнное сообщество. Очевидно, прогресс мог бы быть быстрее, если бы эти идеи не были так долго исключены из рассмотрения.

Имеются несколько идей, которые могут помочь теории струн решить ее ключевые проблемы, но они широко не изучаются. Одной из них является старая идея, что множество систем, именуемых октонионами, являются ключом к глубокому пониманию взаимоотношения между суперсимметрией и высшими измерениями. Другой является требование, которое я уже подчеркивал, что фундаментальная формулировка теории струн или М-теории, до сих пор не установленной, должна быть независимой от фона. Во время кулуарной дискуссии по "Следующей суперструнной революции" на струнной конференции 2005 года Стивен Шенкер, директор Стэнфордского института теоретической физики, сделал наблюдение, что это, вероятно, пришло из темы вне теории струн. Если это осознано лидерами всего направления, почему они не поощряют молодых людей исследовать более широкий круг тем?

Сужение исследовательских программ, кажется, привело к огромному вниманию струнного сообщества к взглядам нескольких индивидуальностей. Струнные теоретики – единственные ученые, с кем я когда-либо встречался, которые обычно хотят знать, что думают вышестоящие люди в данной области, такие как Эдвард Виттен, прежде чем выразить свои собственные взгляды. Конечно, Виттен мыслит четко и глубоко, но суть в том, что это плохо для любой области, если взгляды любой одной личности принимаются слишком авторитарно. Нет ученого, даже уровня Ньютона или Эйнштена, который не ошибался бы в солидном числе проблем, по поводу которых он имел непоколебимые взгляды. Много раз в обсужении после сообщения на конференции или во время неформального общения, если возникало вызывающее спор разногласие, кто-нибудь неизменно спрашивал: "Ладно, а что думает Эд?" Это использовалось, чтобы довести меня до отчаяния, и временами я вынужден был это показать: "Послушайте, когда я захочу узнать, что думает Эд, я спрошу его. Я спрашивают вас, что вы думаете, поскольку я интересуюсь вашим мнением".

Некоммутативная геометрия является примером области, которая игнорировалась струнными теоретиками до тех пор, пока ей не воспользовался Виттен. Ален Конне, ее изобретатель, рассказал следующую историю:

Я прибыл в Чикаго в 1996 и сделал сообщение в Департаменте физики. Там был хорошо известный физик, и он покинул помещение до того, как сообщение закончилось. Я не встречался с этим физиком снова до той поры, пока примерно два года спустя я давал такое же сообщение на Дираковском форуме в Резерфордовской лаборатории вблизи Оксфорда. Тот же самый физик был внимателен, в это время выглядел очень открытым и убежденным. Когда он позже делал свое сообщение, он упомянул мое сообщение совершенно позитивно. Это изумило меня, поскольку это было то же самое сообщение, и я не забыл его предыдущей реакции. Так что, когда на пути назад в Оксфорд я сидел рядом с ним в автобусе, я спросил его: "Как это может быть, что Вы слушали то же самое сообщение в Чикаго и ушли раньше его окончания, а сейчас оно вам на самом деле понравилось?" Парень был не начинающий – в районе сорока. Его ответ был: "Виттена видели читающим Вашу книгу в библиотеке Принстона!"

Необходимо сказать, что такое отношение ослабело, возможно в ответ на текущие волнения вокруг ландшафта. До последнего года я почти никогда не сталкивался с выражением сомнения от струнного теоретика. Теперь я иногда слышу от молодых людей, что в струнной теории "кризис". "Мы потеряли наших лидеров," – мог бы сказать один из них, – "До этого всегда было ясно, что являлось горячим направлением, над которым люди должны были работать. Теперь нет реального руководства," – или (друг другу, нервно), – "Это правда, что Виттен больше не делает теорию струн?"

Другая грань теории струн, которую многие находят беспокоящей, есть то, что может быть описано только как мессианские тенденции некоторых ее 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 смеетесь?" 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 ученых.