«Незавершенная революция Эйнштейна» Ли Смолина
(Изображение: © Пингвин Пресс)
Квантовая механика - устоявшаяся наука. Дело закрыто, и большое спасибо - или так многие поспорили бы.
Благодаря новаторской работе в 1920-х годах многие люди считают, что теперь мы знаем все, что нам когда-либо понадобится, о движении в атомном или субатомном масштабе. По словам датского физика Нильса Бора и его последователей, мы можем утверждать либо точное положение атомной частицы, либо ее траекторию, но мы не можем сделать и то и другое одновременно. Такое предсказание может быть только вероятностным, а не абсолютно точным.
Физик-теоретик Ли Смолин из Института теоретической физики по периметру в Ватерлоо, Канада, всю свою карьеру оспаривал эту точку зрения. Смолин считает, что триумф Бора является примером харизмы, подавляющей законное инакомыслие, даже со стороны таких выдающихся инакомыслящих, как Альберт Эйнштейн и Эрвин Шредингер.
Сегодня Смолин, следуя по стопам Альберта Эйнштейна и продолжая давнюю традицию, в которую входят и другие физики, включая Дэвида Бома, ищет теорию, чтобы «завершить» квантовую физику, допуская точные описания, а не нечеткие вероятности. Смолин придерживается «реалистической» перспективы, в отличие от «антиреалистичной» точки зрения Бора и его помощников. Смолин излагает свою перспективу вНезавершенная революция Эйнштейна"(Пингвин Пресс, апрель 2019 г.). Space.com встретился со Смолином, чтобы обсудить книгу, как новые идеи становятся доминирующими в науке и чем он занимается до сих пор.
Space.com: в чем разница между реалистичным и антиреалистичным подходами к квантовая механика?
Ли Смолин: Для меня разница между кем-то, кто является реалистом в квантовых явлениях, и кем-то, кто не является реалистом, как реалист, вы верите, что есть полная история, и есть полное описание, что мы можем достичь любого атомного процесса, любого ядерного процесса, всего происходящего в субатомном мире. Квантовая механика не дает такого полного описания каждого процесса в отдельности, и поэтому она не может быть завершена. Мы должны найти более глубокую теорию за ее пределами. Квантовая механика - это шаг к пониманию субатомная физика, но это не последний шаг. Поэтому задача состоит в том, чтобы пойти глубже и придумать или открыть лучшую теорию, которая дает полное описание.
Если вы то, что мы называем антиреалистом, то вы думаете, что квантовая механика, как она была записана в 1920-х годах, возможно, является окончательной теорией, и нет мотивации смотреть глубже.
Space.com: Вы относитесь к людям, которые ищут завершения квантовой теории, как к "наивным реалистам", потому что их взгляды не нуждаются в запутанных оправданиях. Можете ли вы уточнить этот термин?
СмолинНаивный действительно означает сложный. Наивный означает, что вы услышали все основные возражения против идеи о том, что мы можем дать полное описание мира таким, какой он есть, и отвергнуть его, а также считать его нашей целью - полностью понять природу, как если бы мы не были здесь. Наука - это описание природы, которое должно быть объективным, а не навязанным нашими экспериментами или нашими идеями или нашими убеждениями.
Space.com: «Наивный» означает быть полностью открытым для новых идей и убеждений?
Смолин: Полностью открыт? Нет. Люди забывают, что физика, как и любая наука, имеет историю и традицию. Возьмем простую идею, такую как импульс, которая должна пониматься в контексте всех дискуссий, начиная с 16-го и 17-го века, о принципе инерции, принципе относительности и так далее. Вы не можете объяснить концепцию, такую как импульс, не погрузившись во всю историю концепции.
Space.com: Ваша книга ясна и ясна, и она понятна людям с различным уровнем базовых знаний. Какой у тебя процесс написания?
СмолинПочему, спасибо! Я приму это как комплимент. У меня большой опыт и большая практика преподавания современной физики ненаучным. В разных университетах я часто преподавал курсы "физика для гуманитарных наук" или "физика для поэтов". Таким образом, у меня есть большой опыт в оттачивании различных педагогических стратегий для преподавания квантовой физики или теории относительности мирянам.
Такая книга имеет несколько аудиторий одновременно. Я обращаюсь к экспертам и коллегам, но прежде всего обращаюсь к непрофессионалам. И первый непрофессионал, который имеет значение, является редактором. Я всегда настаиваю на работе с редактором, который имеет ученую степень в области литературы, гуманитарных наук или истории, а не в области науки. У меня также есть несколько тестовых читателей, которые не имеют образования в области науки. Все они подтолкнули меня уточнить, уточнить, уточнить и при необходимости переписать книгу. Эта конкретная книга прошла три полных переписывания. Так сказать, на полу в комнате ничего не осталось. Весь первый черновик был полностью заброшен и переосмыслен, и в результате я получил гораздо лучшую книгу, на мой взгляд.
Space.com: Учитывая, что он был полностью переписан несколько раз, сколько времени понадобилось, чтобы написать книгу?
СмолинПисать не моя дневная работа; моя дневная работа - физик-теоретик. Но в свободное время, так сказать, около трех лет. Будет месяц или шесть недель, когда я в основном работаю над книгой, а затем пройдет шесть месяцев, и я подумаю и подумаю об этом, а затем снова погрузлюсь на три недели или месяц. Так было в течение трех лет.
Space.com: Ваша книга подробно описывает историю квантовой физики в начале 20 века. Почему антиреалистическая квантовая революция, спровоцированная Нильсом Бором, стала доминирующей точкой зрения - в мгновение ока?
Смолин: Были две вещи, которые действовали одновременно. Одним из них, и самым важным, был поразительный экспериментальный успех. Человечество прошло менее 30 лет от примирения с идеей, что материя состоит из атомов, до полной теории атомной физики. И это существенно помогло объяснить спектры [радугу цветов, создаваемых путем разделения компонентов света по длине волны], силы, химические соединения - все! Тогда очень быстро, ядерная физика, физика элементарных частиц, как работают звезды - астрофизика.
Итак, экспериментальный успех был поразительным, и это было быстро. Сравнивая это, несогласие даже с такими людьми, как Эйнштейн, Шредингер и де Бройль, которые говорили: «Подожди минутку! Основа - беспорядок!» Все это можно было бы смести под ковер.
Это было первое. Второе - это престиж и харизма Нильса Бора, при поддержке, оказанной ему датским правительством и пивоваренной компанией Carlsberg, в создании центра, в котором все прошло через него. Его очень гипнотическая, харизматичная личность могла повлиять на мысли поколения людей, выходящих из ужасной войны [Первая мировая война]. Так что это куча разных вещей одновременно.
Space.com: И другие теории не могли добиться успеха.
Поразительно, что теория экспериментальной волны де Бройля - даже если она могла быть защищена Эйнштейном, де Бройлем и, в некотором смысле, Шредингером - не имела никакого влияния, несмотря на то, что они не были никем. Это были всемирно известные люди с Нобелевскими премиями, которые сделали великую науку, но их несогласие, тем не менее, можно было игнорировать в течение нескольких поколений.
[Теория пилотных волн, которую Луи де Бройль разработал в 1920-х годах, а Дэвид Бом расширил в 1950-х годах, утверждает, что электроны охватывают как частицы, так и волны, и что частицы движутся в направлении, которым их направляют волны. Это детерминированный, а не вероятностный.]
Я думаю, что в конечном итоге ученые являются людьми, и на нас влияют самые разные вещи, от бессознательного предубеждения до амбиций и социальных сил. История квантовой механики становится историей, достойной рассмотрения, но это не необычная история.
Space.com: Как ваши коллеги отреагировали на вашу книгу?
СмолинПока ничего удивительного. Мои взгляды хорошо известны в сообществе физиков. Каким бы провокационным это ни казалось в структуре книги, нет никаких дискуссий, которые не были бы полностью обсуждены среди физиков.
Единственное, что является новым, это последние несколько глав. Я рискнул положить свою текущую работу на стол.
Space.com: Пожалуйста, опишите вашу текущую работу.
Смолин: Самое важное, что я делаю в своей новой работе, - это серьезно относиться к роли нелокальности. [Нелокальность относится к способности объектов влиять на действия других объектов, которые очень далеко друг от друга в пространстве и времени.] Если вы хотите дать реалистичное, полное описание того, что происходит, когда у вас есть две или более частиц, которые взаимодействовали и то, что мы называем «запутанным», тогда то, как вы решите манипулировать одной из частиц, может влиять на другие, даже если они очень далеко друг от друга. А это означает, что вы должны серьезно отнестись к тому, что влияние не ограничено идеей, что вещи влияют только на то, что рядом с ними.
Итак, я отношусь к этому серьезно и пытаюсь создать теорию, в которой эти квантовые запутанности являются фундаментальными, а понятие пространства возникает. Пространство не существует; мы можем составить приближенное, приблизительное описание пространства так же, как мы используем давление и температуру для описания газа.
Я ни в коем случае не единственный человек, пытающийся развить эту теорию. Идея о том, что пространство может возникнуть из-за запутанности, является старой идеей, которая приобретает новые силы у таких людей, как Роджер Пенроуз, Моя теория заключается в том, что пространство может возникать, но это время является фундаментальным, а причинность - фундаментальной. Это точка зрения, с которой согласны многие люди, а многие не согласны.
Space.com: Какова конечная цель теоретической работы такого рода?
СмолинИдея состоит в том, чтобы разработать и изобрести теорию, из которой можно сделать выводы, которые тестируют эксперименты. Большинство серьезных людей не воспринимают теоретическое предложение всерьез, если оно не имеет способа проверить его, по крайней мере, в принципе, если не сейчас, на практике. Без эксперимента теоретику так просто говорить красивую математику, которая не верна и не имеет ничего общего с природой. Нам нужны экспериментаторы, чтобы отбросить идеи и сузить возможности.
Теории, которые трудно проверить, - только последнее поколение или два. Таким образом, вы можете провести целое поколение работ, скажем, над моделями физики элементарных частиц, которые выходят за рамки стандартной модели, и они не проверены экспериментально. Это необычно и, к сожалению, характеризует наш период.
Многие люди, которые серьезны в области фундаментальной теоретической физики, очень усердно работают, чтобы дразнить и придумывать предложения, которые сейчас поддаются проверке. Моя версия нелокальности предсказывает, что квантовые эффекты частично связаны с тем, что атомы очень похожи на огромное количество атомов во вселенной. Если бы мы могли создать квантовую систему, которая была бы уникальной - у которой не было бы полных копий где-либо в наблюдаемой вселенной - она не подчинялась бы квантовой механике, она подчинялась бы некоторым несколько другим уравнениям, которые я выводил. Это почти на пороге того, что экспериментальные лаборатории в области квантовой механики могут проверить сейчас.
Эта статья была отредактирована и сокращена для ясности. Вы можете купить "Незавершенную революцию Эйнштейна" на Amazon.com.
- Эти «жуткие» запутанные атомы только что принесли квантовые вычисления на один шаг ближе
- Древние квазары предоставляют невероятные доказательства квантовой запутанности
- Почему квантовая механика не может объяснить гравитацию? (Оп Ed)
