Всё ещё неизвестная Вселенная. Мысли о физике, искусстве и кризисе науке

Подобного рода расходы можно обосновать даже перед лицом тех, кому нет дела до изучения законов природы. Исследование переднего края наших знаний о природе в некотором отношении напоминает войну — это раздвигает границы существующих технологий и зачастую приводит к появлению новых технологий, имеющих огромное практическое значение. Например, новая частица была получена на ускорителе в CERN в результате столкновений протонов, происходящих с частотой около сотни миллионов столкновений в секунду. Чтобы проанализировать такой огромный поток данных, генерируемый всеми этими столкновениями, требуются уникальные вычислительные мощности. Кроме того, до столкновений протоны в процессе многократного прохождения по 27-километровому туннелю ускоряются до энергий, в 3000 раз превышающих энергию, содержащуюся в их массе. Чтобы удержать частицы на их траекториях в процессе ускорения, требуются невероятно мощные сверхпроводящие магниты, охлаждаемые самым большим в мире источником жидкого гелия. Во время предыдущих проектов CERN ученые, занимающиеся физикой частиц, разработали метод обмена данными, который затем превратился в глобальную сеть интернет.

В отдаленной перспективе развитие технологий будет отражать связанную картину природы, которую мы сейчас собираем по кусочкам. В конце XIX в. английские физики изучали свойства электрических токов в сильно разреженной среде. И хотя это была чистая наука, не имевшая целью практическое применение, исследования привели к открытию электрона, без представлений о котором большая часть современных технологий не могла бы существовать. Если бы эти физики ограничивали себя работой, имеющей очевидную практическую ценность, они должны были бы изучать поведение паровых котлов.

14. Проблема квантовой механики

Квантовая механика сегодня считается универсальным математическим средством, позволяющим нам понимать законы природы. Все физики пришли к согласию насчет того, как следует использовать квантовую механику, и ее применение позволило выполнить потрясающе успешные расчеты атомов, молекул, атомных ядер, элементарных частиц и многого другого. Вместе с тем в ней местами сохраняется противоречивость, прежде всего в том, что касается формулировки ее положений относительно измерений и вероятностей, а также их проверки.

Как и большинство физиков, в целом я был удовлетворен использованием квантовой механики в своих прошлых работах и не особенно переживал насчет противоречий. Однако в 2012 г. в процессе написания учебника по квантовой механике я решил, что должен заняться этими проблемами, чтобы можно было изложить их студентам старших курсов и аспирантам.

Я прочел приличный объем того, что было написано физиками, всерьез интересовавшимися фундаментальными основами квантовой механики, но почувствовал некоторое смущение от того, что не могу выбрать ни одну из их интерпретаций квантовой механики, которая казалась бы мне совершенно удовлетворительной. Мое смятение усилилось, когда в 2015 г. я столкнулся с той же проблемой при подготовке второго издания своего учебника.

Примерно тогда я задумался о том, чтобы описать проблемы вокруг квантовой механики в научно-популярной статье. Эта идея получила развитие, когда меня пригласили выступить со специальной лекцией — четвертой ежегодной Патруской лекцией Совета по развитию научного писательства на встрече, проходившей в октябре 2016 г. в Сан-Антонио. Предложение было заманчивым, поскольку давало мне возможность узнать, смогу ли я понятно рассказать о квантовой механике не физикам.

Я посчитал, что мое выступление прошло довольно хорошо, поэтому записал его для журнала The New York Review of Books

. Статья вышла в номере от 19 января 2017 г. Эта публикация стала моей последней статьей, написанной в сотрудничестве с выдающимся редактором журнала Робертом Сильверсом, который скончался 20 марта 2017 г.

«Сотрудничество» — подходящее слово. Время от времени Боб включал в Review статьи о фундаментальной науке, но он понимал всю сложность перевода идей с языка физики на язык обычного читателя. Это стало отдельной проблемой при написании статьи о квантовой механике, идеи которой настолько далеки от интуитивно понятных, что почти невыразимы на любом языке, кроме математического. Боб указал на множество непонятных мест в первом варианте текста и без устали заставлял меня их прояснять. Даже если в этой статье остались сложные куски, ни один редактор не смог бы сделать ее более понятной.

Развитие квантовой механики в первые десятилетия XX в. повергло в шок многих физиков. Сегодня, несмотря на ее огромные успехи, споры о ее значении и будущем продолжаются.