: UEFIMA.RU: Природа не обязана соответствовать нашим математическим идеям, даже самым изощренным. К 1931 году Курт Гёдель доказал свою вторую теорему о неполноте, которая гласит, что формальная логическая система не может доказать свою непротиворечивость. Эта теорема бросает вызов окончательной способности доказывать «теории всего», ставшие модными в теоретической физике. Это означает, что любая научная теория неполна. Пишет Scientific American.
Галилео Галилей вышел за рамки ограничений чистой логики и утверждал, что любая физическая теория, претендующая на описание реальности, должна также делать предсказания, выдерживающие экспериментальную проверку. Он обнаружил, например, что тяжелые объекты под действием силы тяжести не ускоряются быстрее, чем легкие, как считалось ранее. Этот результат заложил основу для более позднего осознания Альбертом Эйнштейном того, что гравитация — это не сила, а искривление пространства-времени, на которое все тестовые объекты реагируют одинаково.
Изречение Галилея, основанное на смирении, на протяжении многих лет заложило основу современной физики. Но новая культура физиков, похоже, сейчас бросает вызов этой основной роли. Например, пионер теории космической инфляции Алан Гут ответил во время дискуссии на вопрос о том, можно ли фальсифицировать инфляцию, что эту теорию невозможно доказать. Он утверждал, что именно математическая основа, такая как калибровочные теории, должна быть обоснованной, а роль экспериментов состоит лишь в том, чтобы зафиксировать ее гибкие степени. Другими словами, теория достаточно настраиваема, чтобы соответствовать любым экспериментальным данным о Вселенной.
Но если это так, то можно ли считать инфляцию физической теорией, подчиняющейся изречению Галилея? Как может теория претендовать на объяснение происхождения Вселенной, если ее ложность не может быть доказана некоторыми гипотетическими экспериментальными данными? К настоящему времени мы знаем альтернативные истории происхождения нашей Вселенной, предполагающие, что она, возможно, пережила отскок от фазы сжатия, предшествующей Большому взрыву, или что она началась с какого-то особого начального состояния, связанного с теорией струн. В двух статьях, которые я недавно написал вместе с моим коллегой из Гарварда Синганом Ченом и его коллегами, мы определили экспериментальный тест, который выявил предварительные доказательства космического микроволнового фона и мог бы отдать предпочтение альтернативным сценариям, а не модели инфляции. Короче говоря, он подчиняет инфляцию изречению Галилея.
Вряд ли это первый случай, когда математически гениальная теория не смогла отразить физическую реальность. В конце концов, геоцентрическая теория эпициклов Птолемея была математически привлекательной, а ее основа была достаточно широкой, чтобы описать движение все объекты в небе. Но в конечном итоге она оказалась в невыгодном положении по сравнению с гелиоцентрической ньютоновской теорией гравитации, поскольку требовала большого количества свободных параметров, которые нужно было точно настраивать индивидуально для каждой планеты.
Несмотря на уроки истории науки, идея о том, что некоторые физические теории не могут быть опровергнуты и должны быть по своей сути верными, основанными на абстрактных рассуждениях, все еще набирает популярность. Дополнительные примеры включают гипотетическое существование «мультивселенной», гипотезу о том, что реальность представляет собой компьютерную симуляцию, применение соответствия AdS/CFT к реальному миру, который не встроен в антидеситтеровское (AdS) пространство, а вместо этого в Де-Ситтеровское совершенно иной геометрии, или новая концепция «теории всего» Стивена Вольфрама. После вдохновляющего коллоквиума, который Вольфрам провел в рамках Гарвардской инициативы по созданию черных дыр, мне в голову пришла одна мысль: если эта теория предсказывает наименьшую возможную массу элементарной частицы, мы сможем проверить ее на основе астрофизических данных.
Реальный мир не обязан следовать нашим схемам только потому, что они математически привлекательны или их легче сформулировать, чем некоторые альтернативы. Лучшим примером является квантовая механика, фундаментальные принципы которой качественно отклоняются от классической физики, но были навязаны нам посредством экспериментов. После того, как была сформулирована квантовая теория, Альберт Эйнштейн выступил против Нильса Бора против ее неожиданной неклассической интерпретации, утверждая в письме 1926 года Максу Борну, что «в любом случае я убежден, что Он Бог не играет в кости. Недавние эксперименты доказали ложность интуиции Эйнштейна.
Человеческая культура наполнена мифами. Наука стремится исправить предвзятые теории, подчеркивая ключевую роль экспериментальной проверки. Естественную склонность людей слепо следовать популярным гипотезам следует умерить, поскольку она закрывает наше научное видение и подавляет прогресс в понимании реальности.
Математическая красота достойна восхищения, но в попытках постичь реальность ее следует отодвинуть на второй план по сравнению с доказательствами. Физика — это диалог с природой, осуществляемый посредством экспериментальной проверки наших идей, а не монолог, в котором мы формулируем свои «теории всего» и почиваем на лаврах. Мы должны оставаться скромными, помня доказательство Гёделя о том, что все математические системы логически неполны, и понимание Галилея о том, что большинство из них не могут иметь ничего общего с реальностью.
Опубликовано 2024-01-02.
