Удивительная физика. Магия, из которой состоит мир

В будущем эмерджентность ожидает эмерджентная роль. Физика конденсированного состояния, работающая с квантовыми компонентами микроскопического мира, нацелена на познание сложных систем, возникающих из сочетаний множества таких компонентов, – срединной области нашего повседневного существования. Особенный интерес представляют те случаи, в которых крупномасштабное описание оказывается фундаментально иным, нежели мелкомасштабное.

Поразительно, как мало существует книг о физике конденсированного состояния, хотя это крупнейшая дисциплина в физике. Как и многие другие физики, работающие в этой области, я рос, вдохновляясь рассказами о теории струн, черных дырах и множественных вселенных. Когда, уже в университете, мне открылась огромная увлекательная область, все эти годы остававшаяся скрытой от меня, это было приятной неожиданностью. Но почему эта сфера настолько недостаточно представлена в общественном сознании? В течение многих лет я спрашивал об этом физиков и журналистов, пишущих о науке, и их ответы распадались на две основные группы. Во-первых, суперструны и черные дыры волшебны, а привычная нам материя – нет. Во-вторых, суперструнам и черным дырам помогает отсутствие непосредственной практической пользы, что позволяет оценивать их собственные достоинства – по тому, насколько они интересуют исследователей. Физика конденсированного состояния страдает от собственной практической полезности. Надеюсь, вы согласитесь, что привычность и практическая польза отнюдь не исключают волшебности. Совсем наоборот: они и есть та магия, которую создают волшебники.

Недостаточная популярность физики конденсированного состояния дала мне счастливую возможность впервые рассказать о ней многим читателям. Я привел краткие портреты нескольких ученых, работающих в этой области, и надеюсь, что это дает хотя бы некоторое представление о том, какими разными путями можно в нее прийти. К сожалению, на протяжении значительной части истории занятия наукой были исключительным уделом малочисленной элиты. Но эти времена прошли, и нам остается только гадать, насколько дальше мы смогли бы продвинуться в своем коллективном путешествии, если бы в науке прошлого были лучше представлены выходцы из более разнообразных слоев. Если и есть какая-либо главная идея, которую я хотел выразить, то она сводится вот к чему: физика конденсированного состояния открыта для всех; кто угодно может стать волшебником, и если вам это интересно, я настоятельно советую вам присоединиться к их сообществу. Если вам кажется, что вы не соответствуете традиционным представлениям об ученых, ваша точка зрения будет еще полезнее для будущего развития этой науки.

Однажды я слышал, что главный секрет успеха любого эстрадного фокуса состоит в том, что фокусник прилагает больше усилий, чем представляет себе кто-либо из зрителей. В этом же состоит и секрет успеха в физике: он достижим, и достижим для кого угодно, но требует множества упражнений. Когда вы освоитесь в этой области, окружающие будут считать вас волшебником, потому что будут не в силах вообразить, каким трудом достались вам ваши знания. У такого восхищенного отношения есть свои недостатки: многие не решаются заниматься физикой, потому что им кажется, что со способностями к математике можно только родиться – или не родиться. Я могу утверждать, опираясь на собственный опыт, что это далеко не так: их можно выработать при помощи упражнений.

Нам постоянно внушают, что наука – занятие изолированное: несмотря на огромные коллективы, совместная работа которых неотъемлема от современной науки, Нобелевскую премию могут получить одновременно не более трех человек. В этой модели открытия приписываются отдельным лицам, без учета более широкой среды взаимодействий между людьми. Такие представления возможны, только если считать себя отделенным от мира, а мир – управляемым. Это противоречит законам колдовства; такая же философия побуждала нас считать окружающую среду потребляемым ресурсом, отдельным от нас самих. Но есть основания надеяться, что постепенный переход к эмерджентности позволит нам рассчитывать на позитивные перемены. Мы существуем не отдельно от своей среды, но в качестве ее части. Это согласуется с научной тенденцией к эмерджентности – идее о том, что целое больше суммы составляющих его частей, – и, несомненно, именно такова точка зрения волшебников.

Приложение

В данном приложении мы приведем доказательство утверждения из главы V. Вспомним, какую проблему нам требуется решить. Вам предстоит встреча с ночной прачкой в отдельной башне, и такие же встречи, с другими прачками и в других башнях, предстоят двум вашим друзьям (для удобства присвоим башням номера 1, 2 и 3). В полночь к каждой прачке прилетит ворон и доставит ей стеклянный шарик; прачка спрячет этот шарик в руке, а вам и вашим друзьям придется угадать, в какой именно, и тогда каждая из прачек объявит, верный ли вы дали ответ. Кроме того, прачки рассказали об условиях, которые будут соблюдаться неукоснительно: