Ученые предположили что законы физики могут эволюционировать
Стационарность, или об изменении физических законов во времени
ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ КОНСТАНТ И ЗАКОНОВ
Ученые всего мира сейчас всерьёз обсуждают вопрос о том, что физические законы мира меняются во времени.
Сомневаюсь в научной обоснованности и в истинности подобных утверждений и гипотез, но не буду категоричным.
Ибо категоричность чаще всего изобличает глупость.
Моя же глупость в изобличении не нуждается, ибо я в ней и сам охотно признаюсь: глупость моя – это подчас недостаточные сведения, а подчас поспешные выводы. Да и как же не будешь спешить с выводами, когда жизнь так коротка? Да и где же достанешь необходимые сведения, если даже за пару с небольшим тысячелетий письменной истории их накопилось крайне мало, особенно, в области естествознания?
Но вернемся к теме.
Предположение о том, что физические законы изменяются во времени взято из предположения о том, что изменяются физические константы.
В свою очередь, это предположение основано на ошибочной уверенности, что Вселенная расширяется.
В свою очередь эта ошибочная уверенность основана на выявленном и общеизвестном эффекте Хаббла, который ошибочно называют Всеобщим Доплеровским смещением длины волны света излучения астрономических объектов в красную область.
Нисколько не сомневаясь в реальности этого смещения, всё же вижу причину этого в том, что свет по мере распространения подвергается преобразованию его частоты за счет широко известного явления дисперсии. Те, кто отрицают дисперсию света в межзвездном пространстве, впадают в две ошибки.
ДИСКУССИЯ К СТАТЬЕ
НА ПРОСЬБУ ПРИВЕСТИ ПРИМЕРЫ ТОГО, КАК УЧЁНЫЕ ОБСУЖДАЮТ ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАКОНОВ
«Современная физика» должна начинаться вот с чего:
Эйнштейн ввел следующие постулаты:
«1. Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которой из двух координатных систем, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, эти изменения состояния относятся».
«2. Каждый луч света движется в «покоящейся» системе координат с определенной скоростью V, независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом».
Но современная наука возводит на божничку второй постулат, и, очевидно, отказывается от первого постулата, принося его в жертву второму. А именно, ведь получается с позиции высказанных взглядов, законы уже начинают зависеть от системы отсчета (во всяком случае, коль скоро фундаментальные константы изменяются во времени и в пространстве, то выбором различных систем отсчета мы можем получить разные математические соотношения для тех же самых законов).
И уже нынешним ученым плевать на то, что сам Эйнштейн ни при каких условиях не соглашался считать вселенную расширяющейся, и им же плевать и на то, что без постулатов Эйнштейна никому бы и в голову не пришло относить эффект Хаббла именно к расширению Вселенной в базисе скорости света, а не наоборот к нестационарности этой скорости в базисе расстояний во Вселенной!
ИТАК, НА ЧЕМ ДОЛЖНА БЫЛА БЫ НАСТАИВАТЬ НАУКА, ЕСЛИ БЫ ОНА ВЫСТРОИЛА СВОИ ЗАБЛУЖДЕНИЯ В ЛОГИЧЕСКОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ:
ПОСТУЛАТ 1. Скорость света постоянна во всех направлениях, во всех системах отсчета, во все времена и в каждой точке пространства. Нет такой жертвы, которую наука не принесла бы во имя торжества этого постулата. (При этом не важно, что определение понятия «скорость света» так и не дано).
ПОСТУЛАТ 2. Все вещество во вселенной расширяется с возрастающей скоростью, и для этого свойства не требуется никакая внешняя энергия, поскольку оно не является следствием действия какой-либо силы.
ПОСТУЛАТ 3. Вследствие непрерывного расширения вселенной все фундаментальные константы в ней претерпевают изменения во времени.
ПОСТУЛАТ 4. Вследствие универсальности времени как четвертой координаты пространства, постулат 3 справедлив и по отношению к пространству, а именно: фундаментальные константы в различных точках пространства имеют различные значения.
ПРИМЕЧАНИЕ. Даже в условиях предположительной справедливости постулатов 2, 3, 4, которые, казалось бы, должны охватывать и свойства скорости света, тем не менее, постулат 1 остается справедливым. То есть скорость света выступает в роли единственной неизменной фундаментальной константы ныне и присно и вовеки веков, и не важно, что мы её так и не определили, и не научились измерять со сколько-нибудь приемлемой точностью, а вместо этого приписываем ей круглое значение во всех тех знаках, которые нам не под силу определить.
Разве после этого не остается предположить, что Свет – есть Бог, а Бог – есть Свет, коль скоро всё на свете течёт, меняется, ничто не вечно, кроме скорости света?
Только вот при чем тут физика?
Христиане уже давным-давно вложили в уста Бога фразу: «Я – свет, который есть».
Ю.В. Петров [1] пишет, что в 1935 г. Е. Милн предположил, что фундаментальные постоянные могут меняться со временем. Далее П. Дирак предположил, что в момент Большого взрыва все фундаментальные константы были одного порядка, но затем стали меняться с различными скоростями. Р. Дикс выдвинул принцип, согласно которому параллельно существует множество вселенных, и мы живём лишь в одной из них. Г.Гамов предположил, что ранее все константы были малы, а с расширением Вселенной, сильные и электромагнитные константы росли. Далее в связи с работами Ф. Дайсона сказано, что бета-распад долго живущих ядер калия-40 но аргон-40 и рубидия-187 на осмос-187, сказано, что «если в далеком прошлом энергия кулоновского отталкивания протонов ядра уменьшалась из-за падения константы «альфа», то распад сначала замедлялся, а потом и прекращался вовсе». Таким образом, получается в серьез обсуждаемая гипотеза уже не только о количественном изменении некоторых процессов, но и в качественном изменении, а именно: та реакция, которая считается в современной науке возможной в спонтанном виде, должна считаться невозможной в другое время по причине изменения фундаментальной константы во времени. То есть ранее принятые физические законы, полученные в результате наблюдений, и поэтому верные в определенных условиях, заданных соответствующей теорией, теперь уже получаются явлениями, невозможными в рамках той же науки, но отличающейся константами. Это есть не что иное, как изменение законов природы, или, если хотите, изменение некоторых их частных проявлений.
Любопытно, что некоторые ученые забывают, что только лишь эйнштейновская теория в соединении с эффектом Хаббла дает основания для таких диких прогнозов, как изменение констант во времени. Если же при этих гипотезах приходится отказываться от теории относительности, то, собственно, ради чего тогда сыр-бор? Во имя спасения теории предпринято такое её изменение, что от неё приходится отказываться! Не напоминает ли это глупцов, о которых писали Сенека и Монтень – тех, кто из страха перед смертью совершали самоубийство? Не столь же глупо с целью спасения постулата о постоянной скорости света прибегать к теории, которая хоронит этот постулат?
В частности, в [2] сказано следующее: «В конце концов, текущие теории, которые призваны объединить эйнштейновскую относительность с квантовой механикой и тем самым решить одну из сверхзадач всей современной физики, привели к шокирующему предсказанию: фундаментальные константы не только могут, но даже обязаны изменяться спустя какое-то время. Чтобы разобраться во всех этих подозрениях, были предприняты попытки заглянуть в далекое прошлое, чтобы там обнаружить изменение одной из таких мировых констант, а именно постоянной тонкой структуры, обозначаемой «альфой» (составляет примерно 1/137,03604). Эта константа отвечает за взаимодействие света с веществом. Предположение о потенциально возможном изменении ее значения со временем является особенно провокационным, потому что подразумевает неправоту теории Альберта Эйнштейна. Теория относительности утверждает, что скорость света в вакууме всегда постоянна. Если «альфа» принимала различное значение сегодня и миллиарды лет тому назад, то, следовательно, скорость света также изменялась со временем».
НА УТВЕРЖДЕНИЕ, ЧТО Я ОБОЖЕСТВЛЯЮ ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ
А так ли универсальны законы физики?
Экология познания. Наука и открытия: Насколько известно физикам, космос играет по одному своду правил с самого момента Большого Взрыва. Но могли ли эти законы быть другими в прошлом
Насколько известно физикам, космос играет по одному своду правил с самого момента Большого Взрыва. Но могли ли эти законы быть другими в прошлом, могут ли они измениться в будущем? Могут ли в каком-нибудь удаленном уголке космоса преобладать другие законы физики?
«Это не такая уж и невероятная возможность», — говорит Шон Кэрролл, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института, который отмечает, что когда мы задаемся вопросом, могут ли меняться законы физики, на самом деле мы подразумеваем два отдельных вопроса: во-первых, меняются ли уравнения квантовой механики и гравитации со временем и пространством; и второе, меняются ли числовые константы, которые населяют эти уравнения.
Чтобы увидеть различие, вообразите всю Вселенную как одну большую игру в баскетбол. Вы можете настроить некоторые параметры, не изменяя игру: поднять обруч немного выше, сделать площадку немного больше, изменить условия победы, и игра все еще будет баскетболом. Но если вы скажете игрокам пинать мяч ногами, это будет совершенно другая игра.
Большинство современных исследований изменчивости физических законов сосредоточены на числовых константах. Почему? Да очень просто. Физики могут сделать уверенные, проверяемые предсказания о том, как изменения числовых констант повлияют на результаты их эксперименты. Кроме того, говорит Кэрролл, физика не перевернется, если окажется, что эти постоянные меняются со временем. На самом деле, некоторые константы изменились: масса электрона, например, была нулевой, пока поле Хиггса не развернулось через крошечную долю секунды после Большого Взрыва. «У нас есть множество теорий, которые могут вместить изменяющиеся константы, — говорит Кэрролл. — Все, что вам нужно, чтобы учесть зависимые от времени константы, это добавить некоторое скалярное поле в теорию, которое движется очень медленно».
Скалярное поле, объясняет Кэрролл, это любая величина, которая имеет уникальное значение в каждой точке пространства времени. Известным скалярным полем является хиггсово, но может представить и менее экзотические величины, вроде температуры, в виде скалярного поля. Пока не открытое скалярное поле, которое меняется очень медленно, может продолжать эволюционировать спустя миллиарды лет после Большого Взрыва — а вместе с ним могут эволюционировать и так называемые константы природы.
К счастью, космос одарил нас удобными окошками, через которые мы можем наблюдать за константами, какими они были в глубоком прошлом. Одно из таких окон находится в богатых урановых месторождения региона Окло в Габоне, Центральная Африка, где в 1972 году рабочие по счастливой случайности обнаружили группу «природных ядерных реакторов» — породы, которые спонтанно зажглись и поддерживали ядерные реакции в течение сотен тысяч лет. Результат: «Радиоактивные ископаемые того, как выглядели законы природы» два миллиарда лет назад, говорит Кэролл. (Для сравнения: Земле порядка 4 миллиардов лет, а Вселенной порядка 14 миллиардов).
Характеристики этих ископаемых зависят от особого значения под названием постоянная тонкой структуры, которая сливается с горсткой других констант — скорости света, заряда электрона, электрической постоянной и постоянной Планка — в одно число, примерно 1/137. Физики называют это «безразмерной» постоянной, то есть это просто число: не 1/137 дюйма, секунды или кулонов, а просто 1/137. Это делает ее идеальным местом для поиска изменений связанных с ней постоянных, говорит Стив Ламоро, физик из Йельского университета. «Если бы постоянные изменились таким образом, что изменили бы массу электрона и энергии электростатического взаимодействия, это отразилось бы и на 1/137, независимо от системы измерений».
И все же, интерпретировать эти ископаемые нелегко, и на протяжении многих лет ученые, изучающие Окло, приходили к противоречивым выводам. Исследования, проводимые десятками лет, Окло показали, что постоянная тонкой структуры была абсолютно стабильной. Затем появилось исследование, показывающее, что она стала больше, а потом еще одно, которое утверждало, что она стала меньше. В 2006 году Ламоро (тогда сотрудник Лос-Аламосской национальной лаборатории) и его коллеги опубликовали свежий анализ, который был, как они написали, «устойчивым без сдвигов». Однако «зависим от модели» — то есть им пришлось сделать ряд допущений о том, как могла бы измениться постоянная тонкой структуры.
Используя атомные часы, физики могут выискивать самые крошечные изменения в постоянной тонкой структуры, но ограничены современными вариациями, которые происходят в течение года или около того. Ученые из Национального института стандартов и технологий в Боулдере, штат Колорадо, сравнили время, отсчитываемое атомными часами, работающими на алюминии и ртути, чтобы поставить чрезвычайно жесткие ограничения на каждодневное изменение постоянной тонкой структуры. Хотя они не могут с уверенностью сказать, что постоянная тонкой структуры не меняется, если она меняется, то вариации крошечные: одна квадриллионная процента каждый год.
Сегодня лучшие ограничения того, как могут меняться постоянные в течение жизни Вселенной, вытекают из наблюдений за удаленными объектами на небе. Все потому, что чем дальше в космос вы посмотрите, тем дальше назад во времени вы сможете заглянуть. «Машина времени» Окло остановилась два миллиарда лет назад, но используя свет далеких квазаров, астрономы перевели космическую машину времени на 11 миллиардов лет назад.
Квазары — чрезвычайно яркие древние объекты, которые астрономы считают светящимися сверхмассивными черными дырами. По мере того как свет этих квазаров движется к нам, некоторая его часть поглощается газом, через который он проходит на пути. Но поглощается неравномерно: вынимаются лишь конкретные длины волн, или цвета. Конкретные цвета, «удаленные» из спектра, зависят от того, как фотоны света квазара взаимодействуют с атомами газа, и эти взаимодействия зависят от постоянной тонкой структуры. Так, глядя на спектр света далеких квазаров, астрофизики могут искать изменения постоянной тонкой структуры на протяжении многих миллиардов лет.
«К тому времени, как этот свет достигнет нас здесь, на Земле, он соберет информацию о нескольких галактиках на миллиарды лет назад, — говорит Тайлер Эванс, ведущий исследователь квазаров в Технологическом университете Суинберна в Австралии. — Это аналогично срезу вечного льда на Земле с целью выяснить, каким был климат предыдущих эпох».
Несмотря на некоторые дразнящие намеки, последние исследования показывают, что изменения постоянной тонкой структуры «соответствую нулю». Это не значит, что постоянная тонкой структуры совершенно не меняется. Но если меняется, то делает это более тонко, чем могут уловить наши эксперименты, а это уже маловероятно, говорит Кэрролл. «Трудно втиснуть теорию в что-то среднее между совсем не меняется и меняется так, что мы не замечаем».
Астрофизики также ищут изменения G, гравитационной постоянной, которая связана с силой гравитации. В 1937 году Поль Дирак, один из пионеров квантовой механики, предположил, что гравитация становится слабее по мере старения Вселенной. Хотя эта идея не подтверждается, физики продолжают искать изменения в гравитационной постоянной, и сегодня ряд экзотических альтернативных теорий гравитации включают сдвиг гравитационной постоянной. Хотя лабораторные эксперименты на Земле вернули запутанные результаты, исследования за пределами Земли показали, что G не особо меняется, если меняется вообще. Не так давно радиоастрономы отметили 21 год сбора точных данных о тайминге необычно яркого и стабильного пульсара, с целью поиска изменений его обычного «сердцебиения» в виде радиоизлучений, указывающих на изменения гравитационной постоянной. Результат: ничего.
Но вернемся ко второй, более жесткой половине нашего изначального вопроса: могут ли сами законы физики, а не только постоянные, вшитые в них, изменяться? «На этот вопрос ответить куда сложнее, — говорит Кэрролл, отмечающий также, что стоит иметь в виду разные степени изменений. Если законы ряда подтеорий квантовой механики, вроде квантовой электродинамики, окажутся податливыми, возможно, существующие теории смогут ужиться с этим. Но если окажутся изменчивыми законы квантовой механики, говорит Кэрролл, «это будет очень странно». Ни одно теория не предполагает, как или почему может случиться такое изменение; просто нет рамок, в которых можно было бы изучить этот вопрос.
Эволюционируют ли законы природы?
ЭВОЛЮЦИОНИРУЮТ ЛИ ЗАКОНЫ ПРИРОДЫ?
Были ли законы природы вчера такими же, как и
сегодня, и останутся ли они такими же и завтра?
Анри Пуанкаре
Эта задача была рассмотрена Анри Пуанкаре в его книге «Последние мысли» [1983]. Из текстовой ссылки следует, что до А.Пуанкаре вопрос об эволюции законов природы был поставлен в науке уже в конце XIX века французским философом Эмилем Бутру. Суть его выглядела почти очевидной. Если весь мир непрерывно эволюционирует, то могут ли оставаться неизменными правила (законы), по которым эволюция совершается.
А. Пуанкаре рассмотрел эту задачу несколько иначе. Можем ли мы установить, меняются законы природы или не меняются?
Вначале он подошёл к этому вопросу с позиций математика, поставив одним из условий геологические темпы таких изменений. Ожидая получить ответ на языке математики, он исходил из того, что
• совокупность законов равносильна системе дифференциальных уравнений, которые связывают скорости изменения различных элементов Вселенной с их величинами в данный момент времени (Пуанкаре, 1983, с 408).
Известно, что такая система имеет бесконечное множество решений. Для получения же определённости необходимо задать начальные условия. Последнее означает, что мы вынуждены опираться на известные законы. Достаточно простые умозаключения приводят Пуанкаре к выводу, что именно неизменность законов является предпосылкой для наших аналитических решений. Именно поэтому, математик не может ответить на вопрос, изменялись ли законы. Он вынужден постулировать их неизменность.
Дело в том, что законы выводятся из опыта, который ограничивает их использование. В рамках опыта не может быть принципиальных ошибок. Это интерполяция. За границами же опыта мы входим в область экстраполяции. И здесь наши фантазии не имеют принципиальных ограничений.
Поскольку предметно обсуждать предполагаемое изменение законов можно только на основании фактов из прошлого, Анри Пуанкаре вынужден обращаться к методам геологических реконструкций. Опираясь на простые примеры, он показывает, что геолог имеет возможность делать выводы тогда, когда математик права на это не имеет. Но беда заключается в том, что ошибочность выводов геолога очень высока и связана она с тем, что объём его заключений больше объёма предпосылок. Иными словами, математик из одного факта может вывести только один факт, а геолог, наблюдаемый им факт, превращает как бы в центр излучения, создавая, по мнению А. Пуанкаре, что-то вроде светящегося кружка. Два таких кружка могут давать пересечение, создавая тем самым возможность противоречия. Таким образом, метод аналогий, который находится на вооружении геолога, не позволяет корректно ответить на вопрос об изменяемости или постоянстве законов природы. Для подтверждения такого вывода А. Пуанкаре даёт несколько примеров, которые я не буду здесь приводить. Читатель легко может найти их сам в книге Пуанкаре [1983].
Далее в поисках ответа на вопрос о том, можем ли мы обнаружить изменяемость законов Природы в процессе эволюции, Анри Пуанкаре обсуждает несколько мысленных экспериментов физического содержания. Он рассматривает закон Мариотта как пример только результирующего правила, молекулярные законы как истинные законы, возможности теплового равновесия, вопрос изменения скоростей тел, которые «должны стремиться убывать, так как их живая сила стремится превратиться в тепло, и что, возвращаясь к достаточно удалённому прошлому, мы дошли бы до эпохи, когда скорости, сравнимые со скоростью света, не были исключением, так что законы классической динамики не были верны» [Пуанкаре, 1983, с. 417].
В итоге своего анализа возможности обнаружения современной наукой изменяемости законов в процессе эволюции Пуанкаре приходит к следующему выводу:
• …нет ни одного закона, о котором мы могли бы с уверенностью сказать, что в прошлом он был верен с той же степенью приближения, что и сейчас. Больше того, не существует ни одного закона, про который мы могли бы с уверенностью сказать, что невозможно доказать его несправедливость в прошлом [Пуанкаре, 1983, с. 418].
Таким образом, можно утверждать, что принцип актуализма не является очевидной истиной, но у нас нет оснований, чтобы исключить его из обращения в качестве аксиомы.
Общие выводы
1. Принцип актуализма, эксплуатируемый в геологии в качестве основной аксиомы, является таким же неопределённым, как постулат о параллельных в евклидовой геометрии и аксиома выбора в теории множеств.
2. Можно сделать предположение, что в любой достаточно общей научной теории должен существовать постулат такого неопределённого типа.
3. Подобный постулат является атрибутом принципа неопределённости, показывающего, что всякая теория лишь претендует на выделение частного из принципиально неделимого целого. Тем самым она нарушает закон целостности [Павлов, 2008]. И это формально должно закрепляться хотя бы одной неочевидной аксиомой. Иначе наука развиваться не может.
Почему наша Вселенная такая странная и существуют ли законы физики?
Природа может быть разной для разных людей. Природа может быть чудесной. Природа может быть странной. У природы есть законы. Природа продолжает удивлять ученых, которые пытаются эти законы понять. За последние несколько десятилетий научное сообщество пришло к принятию концепции «естественности» – это термин, придуманный Эйнштейном, который описывает изящно сложные законы природы. Ученые считают, что если Вселенная естественна, то ее можно объяснить математически. Но если ее природа неестественна, то некоторые законы физики произвольны и кажутся чрезвычайно тонко настроенными, чтобы позволить жизни (как мы ее знаем) возникнуть и существовать. И все же, ученые стремятся к единому описанию реальности. Но современная физика допускает множество различных описаний, многие из которых эквивалентны друг другу и связаны ландшафтом математических возможностей.
Как хорошо мы знаем Вселенную, чтобы утверждать, что известные законы физики существуют?
Тайны Вселенной
В череде обыденных будней может показаться, что мы знаем о мире и Вселенной достаточно, чтобы утвердительно ответить на вопрос о том, существуют ли все известные законы физики. Однако ученые, изучающие квантовый мир могут с этим не согласиться. Как пишет Quanta Magazine, физики нашли много примеров двух совершенно различных описаний одной и той же физической системы.
Итак, если физические ингредиенты – это частицы и силы, то рецепты – это математические формулы, кодирующие их взаимодействия. В таком случае, сам процесс приготовления пищи – и есть процедура квантования, которая превращает уравнения в вероятности физических явлений. Вот почему квантовые физики задаются вопросом, как разные «рецепты приготовления» приводят к одинаковым результатам.
Еще больше увлекательных статей о том, как устроена наша Вселенная, читайте на нашем канале в Google News
Альберт Эйнштейн, как известно, считал, что, учитывая некоторые общие принципы, существует уникальный способ построить последовательную, функционирующую вселенную. С точки зрения Эйнштейна, если бы мы достаточно глубоко исследовали сущность физики, существовал бы один и только один способ, которым все компоненты — материя, излучение, силы, пространство и время — сочетались бы вместе, чтобы заставить реальность работать, подобно тому, как уникально сочетаются шестеренки, пружины, циферблаты и колесики механических часов.
Физика элементарных частиц
Современная Стандартная модель физики элементарных частиц действительно представляет собой плотно сконструированный механизм, состоящий всего из нескольких компонентов. Однако вместо того, чтобы быть уникальной, Вселенная кажется одним из бесконечного множества возможных миров. Мы понятия не имеем, почему именно эта комбинация частиц и сил лежит в основе структуры природы.
Возможно, мы живем в Мультивселенной
Кроме того, стандартная модель содержит 19 констант природы — такие числа, как масса и заряд электрона, которые должны быть измерены в экспериментах. Значения этих «свободных параметров», по-видимому, не имеют более глубокого смысла.
Если наш мир – всего лишь один из многих, то как мы можем существовать одновременно с альтернативными вселенными? Нынешнюю точку зрения можно рассматривать как полярную противоположность эйнштейновской мечте об уникальном космосе. Современные физики охватывают огромное пространство возможностей и пытаются понять его всеобъемлющую логику и взаимосвязь. Из золотоискателей они превратились в географов и геологов, детально описывающих ландшафт и изучающих силы, которые его сформировали.
Теория струн
Теория струн стала переломным моментом для современной физики. На данный момент она является единственной теорией, ближе всех подобравшейся к той самой «теории всего» – мечте Альберта Энйштена, способную описать все частицы и силы, включая гравитацию, а также подчиняясь строгим логическим правилам квантовой механики и теории относительности.
Хорошей новостью во всей этой истории является то, что у теории струн нет циферблата (как у механических часов). Не имеет смысла спрашивать, какая теория струн описывает нашу Вселенную, потому что существует только одна. Отсутствие каких-либо дополнительных признаков приводит ученых к выводу о том, что все числа в природе должны определяться самой физикой. Они не являются «константами природы», а лишь переменными, фиксируемыми уравнениями (возможно, неразрешимо сложными).
Однако важно понимать, что существует сложное, огромное количество решений теории струн. В физике это не является чем-то необычным. Мы традиционно различаем фундаментальные законы, заданные математическими уравнениями и решения этих уравнений. Как правило, существует всего несколько законов, но бесконечное число решений. Возьмем законы Ньютона. Они четки и элегантны, но описывают невероятно широкий спектр явлений, от падающего яблока до орбиты Луны.
Если вы знаете начальные условия конкретной системы, то сила этих законов позволяет решать уравнения и предсказывать, что произойдет дальше. Мы не ожидаем и не требуем априори уникального решения, которое описывает все.
В теории струн некоторые особенности физики, которые мы обычно рассматриваем как законы природы — такие как конкретные частицы и силы, на самом деле являются решениями. Они определяются формой и размером скрытых дополнительных измерений. Пространство всех этих решений часто называют «ландшафтом», но это преуменьшение. Даже самые впечатляющие горные пейзажи бледнеют в сравнении с необъятностью этого пространства.
Ландшафт Вселенной
Но как ученые изучают обширный ландшафт физических моделей Вселенной, которые легко могут иметь сотни измерений? Чтобы это понять, давайте представим себе ландшафт как в значительной степени неразвитую пустыню, большая часть которой скрыта под толстыми слоями неразрешимой сложности. Только на самых окраинах мы находим пригодные для жизни места. Здесь мы находим основные модели, которые полностью понимаем. Они не имеют большой ценности для описания реального мира, но служат удобной отправной точкой для изучения местных окрестностей.
Возможно, законов физики не существует
Хорошим примером может служить теория квантовой электродинамики (КТП), описывающая взаимодействие материи и света. Эта модель имеет единственный параметр, называемый константой тонкой структуры α, которая измеряет силу силы между двумя электронами. В теории квантовой электродинамики все процессы можно рассматривать как возникающие из элементарных взаимодействий. Например, силу отталкивания между двумя электронами можно представить в виде обмена фотонами. КТП просит нас рассмотреть все возможные способы, которыми два электрона могли бы обмениваться фотоном, что на практике означало бы, что физики должны решить сложнейшую задачу, с бесконечным множеством решений.
Чтобы всегда быть в курсе последних новостой из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш канал в Telegram
Почему все это так волнительно для физики? Прежде всего, вывод о том, что многие, если не все, модели являются частью одного огромного взаимосвязанного пространства, является одним из самых удивительных результатов современной квантовой физики. Это изменение перспективы, достойное термина «сдвиг парадигмы». Он говорит нам, что вместо того, чтобы исследовать архипелаг из отдельных островов, мы обнаружили один огромный континент.
В некотором смысле, изучая одну модель достаточно глубоко, мы можем изучить их все. Мы можем исследовать, как эти модели связаны, освещая их общие структуры. Важно подчеркнуть, что это явление в значительной степени не зависит от того, описывает ли теория струн реальный мир или нет. Это неотъемлемое свойство квантовой физики, которое останется здесь, какой бы ни оказалась будущая “теория всего”.