Неприятности с физикой: взлёт теории струн, упадок науки и что за этим следует

IV Обучаясь на опыте

16 Как вы боретесь с социологией?

В этой последней части книги я хочу возвратиться к вопросам, которые я поднял во Введении. Почему, несмотря на такие большие усилия тысяч самых талантливых и хорошо подготовленных учёных, в фундаментальной физике в последние двадцать пять лет сделан столь незначительный окончательный прогресс? И, фиксируя, что имеются многообещающие новые направления, что мы можем сделать, чтобы гарантировать, что темп прогресса восстановится до уровня, который существовал в течение двухсот лет до 1980 года?

Один из способов описать неприятности с физикой заключается в констатации, что за последние тридцать лет отсутствуют работы по теоретической физике элементарных частиц, которые уверенно можно было бы выбрать на Нобелевскую премию. Причина в том, что условием премии является проверка достижения экспериментом. Конечно, идеи вроде суперсимметрии или инфляции могут быть показаны экспериментом как правильные, и если это так, их изобретатели будут достойны Нобелевской премии. Но мы не можем сегодня сказать, что открытие любой гипотезы в физике за пределами стандартной модели элементарных частиц проверено.

Ситуация была совершенно иной, когда я поступил в аспирантуру в 1976 году. Было достаточно ясно, что стандартная модель, которая была доведена до конечной формы только тремя годами ранее, была решительным прогрессом. Уже имелось её существенное экспериментальное подтверждение, а многие опыты были в процессе выполнения. Не было серьёзных сомнений, что её изобретатели раньше или позже будут удостоены за свой труд Нобелевской премии. Так со временем и произошло.

Ничего подобного сегодня нет. В последние двадцать пять лет имелось много премий, присуждённых за работу в теоретической физике частиц, но не Нобелевских. Нобель не выдаётся за находчивость или успешность; он выдаётся за правильность.

Это не мешает тому, что имелись великие технические достижения в каждой из исследовательских программ. Это говорит о том, что в настоящее время работают больше учёных, чем за всю историю науки. Это определённо верно для физики; в больших университетских департаментах сегодня имеется больше профессоров физики, чем было сто лет назад во всей Европе, где были получены почти все достижения. Все эти люди работают, и большая часть этой работы технически изощрённая. Более того, технический уровень молодых физиков-теоретиков сегодня намного выше, чем это было поколение или два назад. Имеется больше возможностей для молодых людей стать мастерами, и они тем или иным образом умудряются делать это.

Однако, если вы судите по стандартам, которые действовали две сотни лет до 1980 года, оказывается, что темп необратимого прогресса в теории элементарных частиц замедлился.

Мы уже обсуждали простые объяснения неудач последних двадцати пяти лет. Это не является следствием недостатка данных; имеется изобилие необъяснённых результатов, чтобы возбудить воображение теоретиков. Это не связано с тем, что теории требуют много времени для тестирования; редко проходит больше десяти лет между предсказанием нового явления новой теорией и его подтверждением. Это не является следствием недостатка усилий; сейчас гораздо больше людей работают над проблемами фундаментальной физики, чем за всю историю предмета в целом. И, определённо, ответственность не может быть возложена на недостаток таланта.

В предыдущих главах я предположил, что то, что потерпело неудачу, не столько особая теория, сколько особый стиль исследований. Если кто-то проводит время как в сообществе струнных теоретиков, так и в сообществе людей, работающих над независимыми от фона подходами к квантовой гравитации, он не может помочь, но будет поражён огромной разницей в стиле и в ценностях, выражаемых двумя сообществами. Эта разница отражает раскол в теоретической физике, который восходит более чем на полвека назад.

Стиль мира квантовой гравитации унаследован от того, что использовалось так называемым релятивистским сообществом. Он проводился студентами и партнёрами Эйнштейна, и, в свою очередь, их студентами — такими людьми как Петер Бергман, Джошуа Голдберг и Джон Арчибальд Уилер. Стержневыми ценностями этого сообщества были уважение к индивидуальным идеям и исследовательским программам, подозрение к моде, доверие к математически ясным аргументам и убеждение, что ключевые проблемы тесно связаны с основополагающими вопросами о природе пространства, времени и квантов.

С другой стороны, стиль сообщества теории струн является продолжением культуры теории элементарных частиц. Это всегда было более дерзкой, агрессивной и состязательной атмосферой, в которой теоретики соперничают, чтобы быстро откликнуться на новые разработки (до 1980 года они были обычно экспериментальными), и подозрительно относятся к философским проблемам. Этот стиль вытеснил более склонный к размышлениям, философский стиль, который характеризовал Эйнштейна и изобретателей квантовой теории, и он восторжествовал, когда центр науки переместился в Америку, а интеллектуальный фокус сместился от исследования фундаментальных новых теорий к их применениям.

Наука нуждается в различных стилях, чтобы обращаться к различным видам проблем. Моя гипотеза в том, что ошибкой с теорией струн является факт, что она развивалась с использованием стиля исследований физики элементарных частиц, который с трудом применим к открытию новых теоретических схем. Стиль, который привёл к успеху стандартной модели, также тяжело поддерживать, когда разрывается связь с экспериментом. Этот соревновательный, ведомый модой стиль работал, когда он подпитывался экспериментальными открытиями, но потерпел неудачу, когда не оказалось никаких ведущих способов действий, кроме взглядов и вкусов нескольких выдающихся индивидуальностей.

Когда я начинал моё изучение физики в середине 1970-х, оба этих исследовательских стиля процветали. Имелось намного больше физиков, занимающихся элементарными частицами, чем релятивистов, но имелось достаточно места для тех и других. Не было много мест для людей, которые хотели разрабатывать свои собственные решения глубоких фундаментальных проблем по поводу пространства, времени и квантов, но имелась достаточная поддержка тех немногих, кто имел хорошие идеи. С тех пор, хотя необходимость в релятивистском стиле возрастала, их место в академии сокращалось из-за доминирования теории струн и других больших исследовательских программ. За исключением одной исследовательской группы в Университете штата Пенсильвания, примерно с 1990 года исследовательскими университетами США не был приглашён на работу ни один доцент, работающий над подходами к квантовой теории гравитации, не основанными на теории струн или высших измерениях.

Почему стиль, менее пригодный для решения находящихся под рукой проблем, стал доминирующим в физике, как в Штатах, так и в Европе? Это социологический вопрос, но мы должны на него ответить, если мы хотим сделать конструктивные предложения для восстановления нашей дисциплины до её былой живости.

Чтобы вникнуть в суть проблемы, мы должны взглянуть на некоторые распространившиеся изменения в академическом ландшафте, которые молодая персона должна преодолеть, чтобы совершить карьеру в науке.