Digital October

MBLT17 конференция MBLT17

Конференция создана для CEO, CMO, топ-менеджеров IT-компаний и тех, кто планируют развивать мобильное направление.

CyberSecurity Weekend курс CyberSecurity Weekend

двухдневный образовательный курс по кибербезопасности

Дэвид Гросс. Век квантовой механики

7 декабря 2012

В центре Digital October прочитал лекцию Нобелевский лауреат по физике Дэвид Гросс. Он не только рассказал о вековой истории квантовой механики, но и поделился своими философскими взглядами.

ДЭВИД ГРОСС: Лекция сегодня называется «Век квантовой механики». Потому что квантовую механику, то, каким образом работает вселенная, мы открыли примерно сто лет назад. Нет конкретной даты, когда квантовая механика была открыта. Это был некий длительный процесс, который начался с Макса Планка и с его открытия. Макс Планк — это вот этот товарищ слева (показывает на слайде, — ред.). Он открыл квант и назвал этот феномен, который привел к квантовой теории. Это было в 1900 году. Для теории потребовалось 25 лет, примерно, чтобы созреть. Чтобы созрело наше понимание законов, природы квантовой механики, которые в начале были применены к ядерной физике Гейзенбергом, Шредингером и Дираком. Если вы вычислите время между началом и завершением закладки основ квантовой теории — это примерно как раз приведет нас к сегодняшнему дню. Возраст квантовой механики уже почти сто лет.

Вот с этой новой картинкой того, как работает вселенная, мы расширяем свое познание огромными темпами, с огромной скоростью. Но самое лучшее: все еще впереди. Это то, что я буду с вами обсуждать.

Мы в прошлом году отпраздновали столетие квантовой механики на Сольвеевской конференции, где сто лет назад в октябре 1911 года физики начали работу. Эти конференции сыграли очень важную роль в начале квантовой механики. И в прошлом году мы приняли решение (я, кстати, председатель физического комитета Сольвеевского института) проводить конференцию и использовать ее для празднования столетия квантовой механики.

И тот доклад, который я буду читать сегодня, это некая версия доклада, которую я давал на открытии празднования столетия на Сольвеевской конференции в прошлом году в Брюсселе.

Первая Сольвеевская конференция проводилась в 1911 году. Это самая знаменитая фотография, которая была сделана во время этой конференции, где вы видите вокруг круглого стола ведущих ученых XX века. Вы узнаете естественно и Эйнштейна, молодого Эйнштейна. Эйнштейн, кстати, на этой фотографии самый молодой человек. Ему тогда было 32 года. Резерфорд здесь, Пуанкаре говорит с мадам Кюри — она была единственной женщиной, которая там присутствовала. Если вы посмотрите на список присутствующих, как минимум 18 человек из них уже получили или после этого получат Нобелевскую премию по физике.

Человек здесь, так как лазера у меня нет, буду пальцем показывать, это господин Сольве, который был очень заинтересованным промышленником из Бельгии. И у него были очень интересные социальные и научные идеи. И он собрал эту группу людей для того, чтобы обсудить свои идеи. Но они слишком много времени не тратили, чтобы обсуждать его идеи. Они обсуждали то, что было потрясающим в физике на тот день. Но эта была очень важная конференция, которую он поддерживал. Это была, во-первых, международная конференция. Она была только по приглашению, то есть это была группа избранных людей. И это была конференция, где люди в основном свободно обсуждали свои идеи и гипотезы.

Если вы посмотрите внимательно на эту знаменитую фотографию, вы отметите, что Эйнштейн делает очень странный знак своими руками. Некоторые люди интерпретируют его как буддийский символ. Но если вы посмотрите на него более внимательно, молодой Эйнштейн просто держит сигарету или сигариллу.

Но на протяжении следующих 16 лет, в процессе которых разрабатывалась квантовая теория, эти Сольвеевские конференции сыграли очень важную роль. Первая конференция была посвящена теории радиации и излучения квантов, света. Вторая — структуре вещества, затем атомам и электронам, свойствам металлов. И в конце концов самая знаменитая из Сольвеевских конференций произошла после того, как квантовая механика была изложена и ее последствия были обсуждены Эйнштейном, Бором и другими.

Это конференция 1927 года. Давайте я покажу вам еще одну интересную фотографию с этой конференции. Видите, Эйнштейн здесь сидит уже в центре. И он выглядит уже, как минимум, на 16 лет старше. Следующий за ним — это Лоренц, который вел эти конференции на протяжении многих лет. Здесь вы видите Гейзенберга, Паули, Нильса Бора, изобретателей новой квантовой механики.

Кстати, если, вы снова сфокусируетесь на этой фотографии, вы увидите, что Эйнштейн тот же самый символ нам демонстрирует. Я не думаю, что у меня есть увеличение этой фотографии. Но если посмотреть очень внимательно на эту фотографию, вы просто увидите еще одну сигарету.

На этой конференции были самые знаменитые дебаты и споры между Эйнштейном, который внес большой вклад в раннее развитие квантовой теории и не мог все еще этого принять, и Бором, который внес столько же, сколько Эйнштейн. Он серьезно защищал свою позицию.

Конференции были организованы и проводились Лоренцем, известнейшим физиком, который внес огромный вклад в наше понимание электричества, электромагнетизма и поведение электронов в металлах и тому подобное. То есть на пороге века. И в его открытом докладе на Сольвеевской конференции он объявил, что ее тема посвящена вопросу: является ли квантовая структура природы неизбежной.

И было очень интересно мне читать его вступительную речь. Потому что Лоренц был мастером классической физики, классической механики, теории Максвелла, электричества и электромагнетизма. И его целью было использовать эту потрясающую классическую структуру для того, чтобы пояснять тепловые структуры, структуры атомов, структуру обыкновенных материалов, почему металлы ведут себя так, как они ведут, почему изоляторы ведут себя иначе.

И к 1911 году было понятно, что, во-первых, классические методы больше не работают, и во-вторых, существуют квантовые эффекты. Эффекты, которые были выяснены Планком, Эйнштейном, которые обладали собственными гипотезами, которые противоречили классической теории физики.

И в своем вступительном докладе он говорит: «Сейчас мы чувствуем, что мы достигли импульса того пограничного момента, границы, где старые теории продемонстрировали свое бессилие в проникновении через тьму, которая окружает нас со всех сторон». Можно просто почувствовать жалость по отношению к представителям старой науки. И все великие физики на этой встрече не хотели поверить в ранние идеи квантовой теории, которая находилась еще в младенчестве, она еще не была достаточно сильной, чтобы пояснить окружающую нас материю. Но сегодня мы уже находимся не в такой ситуации. Квантовая механика жива и растет, и расширяется. Она имеет смысл и ее экстремально сложно изменить и модифицировать. Сложно увидеть ее недостатки. Сейчас ситуация полностью отличается от того, что мы видели сто лет назад, когда физики встречались на первых Сольвеевских конференциях и чувствовали себя растерянными. И они потратили четыре дня, сидя вокруг этого круглого стола, споря. И они завершили эту встречу в таком же недопонимании.

Сегодня ситуация, как я уже сказал, не такова. Мы обладаем потрясающими новыми путями рассмотрения физической реальности, которая работает. И это то, о чем больше всего беспокоятся физики. И она уже имеет смысл, она логична, она систематична. И мы не могли не найти ни каких индикаторов того, что она неправильная. По крайней мере, никто не смог даже предложить каких-либо опровержений этой квантовой теории строения вселенной, которая постоянна и соответствует тому, что мы наблюдаем.

Итак, позвольте мне начать и говорить о втором пункте, который затрагивает многих людей. Имеет ли все-таки смысл квантовая механика? Квантовая механика — не легкая наука. Многие люди не до конца ее понимают, даже физики, которые ее используют в своей каждодневной работе. В основном нам не нужно беспокоиться о физике, о философии квантовой механики. Принцип, которым руководствуется большинство физиков: «Заткнись и считай». Ты говоришь мне, что я беспокоюсь об этом коте, жив он или мертв, или он не совсем жив… Не беспокойся об этом — заткнись и считай. И это работает. Это работает прекрасно. Этот подход работает. Но со временем, с годами мы научились жить в гиперпространстве, нежели в классическом фазовом пространстве. Оно ново для нас во многих отношениях. Одно из новшеств — это то, что мы большие объекты и мы управляемся очень хорошим приближениям к квантовой механике, которое называется «классическая механика». Теория Ньютона, классическая физика, она не совсем уж неправа. Она экстремально хороша, она является великолепным приближением квантовой механики. И она для макроскопических объектов великолепно применима: для расчета, как будет двигаться камень, если ты бросишь его в воздух. Ее достаточно для этого.

Таким образом, эта теория достаточно приемлема. Мы не очень привычно относимся к странным феноменам, которые управляют реальным миром, но этот мир виден только при микроскопических расстояниях, где квантовые эффекты начинают возникать и где они необходимы. И классического приближения квантовой механики больше там недостаточно.

Также мы обычно изучаем физику или моделируем свою реальность, прежде всего, изучая классическую механику, а затем наши преподаватели говорят нам: «Помните мы учили вас закону Ньютона? На самом деле, эти законы не совсем правильные, а вот я предлагаю вам нечто лучшее». И меня всегда удивляло: а что произойдет, если мы начнем преподавать в начальной школе или в садике квантовую механику с самого начала? Может быть, люди будут находить ее менее таинственной, если им не нужно будет проходить через изучение чего-то, что мы изучали в историческом процессе, проходя через те же ошибки.

Но что является сложным для понимания большинством из нас, в частности квантовой механики, это то, что человек может описать реальность многими путями. Это нормально. Мы можем это понять. Классически это также можно понять. Но мы можем ее объяснять также многими несопоставимыми путями. У нас есть много различных путей, как можно описать физические системы или иные экспериментальные установки для измерения квантовых систем, которые не совместимы с друг другом. И это является элементом нашего описания реальности, управляемой квантовой механикой.

И это Эйнштейн не мог принять. Он истинно верил в то, что должно иметься точное описание природы, которое едино, целостно, а не может состоять из многих несовместимых описаний. Иными словами, нет уникального целостного описания реальности. У меня нет времени, чтобы пояснять все это в деталях, но это то, что беспокоило Эйнштейна и многих моих коллег.

Кстати, на конференции, которую я организовал в прошлом году в Брюсселе, некоторые мои коллеги все еще не были уверены в отношении этих свойств, этих функций квантовой реальности. Но большинство из нас это уже не волнует, либо мы просто «затыкаемся и считаем». И это работает.

И это является основным и первичным тестом физика, для любого физика. Это работает не только для понимания структуры атомов, что было первоначальной движущей силой для создания этой теории, не только для атомов, но и для групп атомов, для молекул. И не только для структуры молекул, но и для реакции молекул, которая называется иными словами, химией. Это работает не только для одного атома, двух атомов или десяти атомов, но для стандартных материалов, которые состоят из 1023 атомов. И это поясняет такие свойства обыкновенной материи, почему они проводят электричество или почему они являются полупроводниками или суперпроводниками, или вообще непроводящей материей.

И это описание работает в ситуациях, которые находятся далеко за пределами квантовой механики. И, кстати, сейчас, когда мы уже обсуждаем поведение 1023, миллиардов атомов, возникают феномены, которые предвосхищают даже те мысли, которые возникали у тех людей, которые придумали квантовую механику. Эта область называется теория многих тел, потому что 1023 — это очень много атомов.

И интеллектуально это то же самое, что мы называем, в той области, в которой я работаю, физикой элементарных частиц. То же самое, что теория квантового поля. Это теория систем с бесконечным количеством степеней свободы или фундаментальных сущностей. То есть эта квантовая теория работает. Она работает в описании очень странных феноменов, которые были неизвестны, когда изначально теория была предложена. Один из них был объявлен на этой первой Сольвеевской конференции. Было обнаружено, что ртуть, когда охлаждается до 8 градусов (это транзитная температура, до нескольких градусов по Кельвину), проводил электричество с нулевым сопротивлением. Это называется суперпроводимостью сегодня. И она была обнаружена и заявлена на первой конференции в 1911 году Оннесом.

Что интересно отметить, Резерфорд в том же самом 1911 году обнаружил ядро атома. Он изобрел теорию элементарных частиц, физику элементарных частиц. Распыляя атом гелия на частицы, он обнаружил, что атомы золота имеют очень маленькое ядро в центре, где содержится почти вся масса и позитивный заряд атома.

Но на этой конференции Оннес описал суперпроводимость впервые. Резерфорд не сказал ни одного слова о ядре атомов. Я задал вопрос историкам, почему Резерфорд не объявил, что у атомов есть ядро в центре. И в конце- концов это привело к Боровой модели атомов и квантовой механики в его окончательной форме. Никто не мог этого пояснить.

Скорее всего, он не очень хорошо говорил по-французски, потому что конференция проходила на французском, а ему сложно было изъясняться. И вот этот странный феномен суперпроводимости не был пояснен на протяжении следующих 46 лет.

Физика не всегда движется быстро. И этот феномен изменения локальной симметрии электромагнетизма был объяснен Бардиным, Купером и Шриффером в 1957 году. И это очень важный феномен, и он сыграл очень важную роль в пояснении, почему некоторые металлы становятся суперпроводящими, и также в физике элементарных частиц.

Хиггс, Браут, Энглер и многие другие ребята, которые разработали механизм, о котором вы слышали, может быть, в прошлом году, в конце-концов, это тот же самый феномен, но в расширении закона электромагнетизма, который отвечает за то, что мы называем «слабые ядерные взаимодействия».

И суперпроводимость, и квантовая динамика все еще являются передовым рубежом физики уже 50 лет спустя. Потому что мы нашли новые типы суперпроводников. Мы еще не абсолютно уверены, как они работают или каким образом эта технология работает, и каким образом эти материалы могут использоваться в будущем. Все хотели бы найти материал или создать материал, который будет проводить электричество без сопротивления при комнатной температуре. Это просто перевернет мир. Мы не знаем, возможно ли это. И мы еще пока не создали такого материала. Но такие материалы являются всего лишь одним примером многих других интересных, экзотических новых материалов, которые наблюдались в лабораториях и не были поняты до конца, или чье существование обсуждалось различными спекулятивными теориями, теоретиками, но пока не наблюдалось на практике.

И, кстати, один из фактов, который я считаю очень потрясающим, что после ста лет существования квантовой механики и очень успешных применений, приложений к той материи, которую мы обнаруживаем вокруг себя, той материи, которая находится в звездах, или той, которая сформировала вещества в природе, жидкости, материи. Мы все еще не знаем, какая материя еще возможна, какие комбинации атомов еще возможны в дополнение к существующим, известным нам. Мы не знаем какие подходы к классификации мы можем использовать. Потому что могут существовать и другие типы материи, которые не были сформированы в геологической истории нашей Земли. Но мы сможем их, скажем, произвести. И это является текущими передовыми рубежами квантовой физики, и мы как раз обсуждали это на последней Сольвеевской встрече.

И вот здесь, кстати, квантовая механика может подтвердить свою полезность для будущего развития науки новыми путями, нежели она могла подтвердить в прошлом.

Моя жена всегда говорит мне, когда я говорю об успехах и важности теоретической физики, что я должен делать ударение на том, что половина технологий в мире основываются на квантовой теории. Потому что у нас не было бы вот этого лазера или «айфон», который сейчас уже у всех в Москве есть в карманах. Без квантовой теории, которая была предложена сто лет назад такими людьми как Бор, Эйнштейн, Гейзенберг, которые вообще и не предполагали, что их идеи и мысли приведут к созданию таких приложений. Транзистор основывается на понимании квантовых свойств полупроводников, и естественно лазеры являются проявлением квантовых свойств света. Это привело к созданию микросхем, лазеров, транзисторов. И все вместе это привело к созданию компьютеров и вот этого вот злополучного «айфона».

Сегодня мы не просто понимаем принципы и законы квантовой механики, которая управляет поведением атомов как индивидуально, так и коллективно, но мы также можем начать контролировать индивидуальные атомы и атомные системы. И это как раз то место, где квантовые эффекты проявляют свою странность, но при этом они очень полезны. Мы можем видеть атомы, мы можем выбирать каждый отдельный атом и передвигать с одного места на другое.

Сто лет назад был спор о том, существует ли атом. Потому что никто не мог себе даже представить, потому что никто их не видел непосредственно, воочию. Теоретическое понимание не было достаточным, чтобы доказать их существование, но сегодня мы можем их видеть и мы можем ими манипулировать в атомных масштабах. Мы можем конструировать, как вы видели в самом начале.

И три года назад один из нобелевских лауреатов также продемонстрировал, что мы можем конструировать новые материалы, о которых не могли даже мечтать. И они состоят из стандартного углерода, который обладает потрясающими свойствами. И это то, как выглядит реальный графен. Это прекрасное увеличение вот этих гексагональных структур, которые состоят из атомов углерода. Это то же, из чего состоят алмазы или графит, или большинство из наших тел. И когда мы сложим его вот такими листками, мы создаем графен, который обладает потрясающими свойствами. И огромное количество приложений мы начинаем предлагать, если эти графеновые листы скручиваются в трубки или шары, создаются нанотрубки или бакеболс, которые также имеют потрясающие приложения. И мы только в начале пути.

И в конце концов, что также было упомянуто в вводном видео сегодня. Одна из первичных целей исследований манипулирования и контроля над атомами — это создание квантового компьютера. Наши классические компьютеры, подобные этому, работают на битах информации: нулях и единицах в двоичной системе счисления. Это то, каким образом мы храним информацию, и то, каким образом мы манипулируем информацией, изменяя состояние этих битов, изменяя ноль на единицу. Квантовые компьютеры — это длительный процесс изменения или не изменения битов, классических битов информации в зависимости от состояния других классических битов информации.

Ноль или единица могут быть заменены на стрелку указывающую вверх или вниз, плюс, минус — все, что обладает двумя возможными значениями. Это классический компьютер и то, как он работает. Мы проталкивали эту технологию и ее способности достаточно далеко. Многие люди беспокоились о том, что мы достигли пределов в миниатюризации классических вычислительных мощностей. То есть размер классических битов, которыми мы манипулируем, становится уже на уровне атомных манипуляций. То есть это близко к минимальному размеру, где квантовые эффекты становятся более-более сильными. И номер два. Дальше мы миниатюризировать больше не можем. Таким образом мы уже достигли той границы, после которой лучшего «айфона» мы уже не сможем создать в следующем году. Я, конечно, могу вас обеспокоить и вам не нужно покупать «айфон» №29, но это также может и обозначать, что мы не сможем продолжать пользоваться преимуществами, которыми мы пользовались на протяжении последних 20-30 лет, вот этим великолепным взрывом, нашей способностью манипулировать информацией.

Один возможный выход —это квантовые вычисления, которые базируются на использовании не классических битов, но квантовых битов информации. К примеру спин фактор — магнитный момент или магнитное поле квантовой частицы, скажем, электрона может показывать вверх, может указывать вниз, если вы будете измерять его состояние. Но по причине сути квантовой механики, он может показывать в любом направлении и он может быть в суперпозиции вверх или вниз. Таким образом, это предоставляет нам более богатые свойства манипуляции квантовыми битами с точки зрения состояния спиноэлектрона.

И выясняется, что подобные квантовые биты могут использоваться для того, чтобы хранить информацию и обрабатывать ее более эффективно, и экспоненциально большей мощностью, чем с использованием классических битов. Квантовый компьютер, мы знаем, что он может делать определенные вещи гораздо быстрее. Просто мы не можем даже и представить, на сколько быстрее, чем классические компьютеры. И конечные мощности квантового компьютера еще не известны нам.

Но для некоторых задач, несомненно, квантовый компьютер является идеальным решением. И что является самым важным для физиков, для науки — это способность мимикрировать, быть аналоговой моделью квантовой системы самой природы как таковой. И мы можем использовать такие компьютеры для того, чтобы понять квантовые системы, которые слишком сложны для сегодняшнего понимания через использование классических компьютеров или карандаша и бумаги.

Но создание квантовых компьютеров является очень сложной задачей. Потому что когда у нас имеется такая коллекция квантовых частиц в квантовом состоянии, в их богатстве этих квантовых состояний, разрушается окружающей средой, и квантовый компьютер становится иллюзорным, и информация снова возвращает нас к классическому состоянию.

Таким образом, фокус большого количества исследователей в мире и, кстати, здесь в России в том числе, в этом новом российском квантовом центре — РКЦ, в который я, кстати, и приехал в Москву для того, чтобы узнать о них и, может быть, дать какие-то консультации. Одна из их целей — понять физические системы и эти странные материалы, новые материалы, новые методы управления и контроля над этими материалами для того, чтобы создать подобный квантовый компьютер.

Это амбициозная цель, скажу я вам. И многие люди по всему миру работают над достижением этой цели. Может потребоваться даже 50 лет, может, 10 лет потребуется. Никогда не известно в науке, когда что-то будет открыто. Никогда не известно в технологии или в инжиниринге, когда что-то будет открыто. Но когда-то в нашем веку это произойдет и это изменит наш мир такими путями, также как транзистор изменил этот мир. Никто не мог представить, что это будет, и также мы не можем представить, что же будет впереди.

Итак, квантовая механика. Вернемся к ней. Она работает. Она работает не только в структуре атомов, наноразмерах, в миллиарды раз меньше, чем то, что мы можем видеть нашим глазом. Но даже если мы будем смотреть в ядра, в кварки, из которых состоят атомы и ядра, когда мы используем теорию квантового поля. И это предоставляет нам некую рамочную структуру для очень точных протестированных и понятных теорий того, как функционирует природа и этот мир, в котором живем. Это работает с экстремальной точностью.

Первая теория — теория квантового поля, которая была применена в квантовой механике — это теория электромагнетизма. И на раннем этапе было понято Эйнштейном и другими ранними разработчиками квантовой механики, что теория поля и квантовая теория они очень легко совместимы. И когда мы говорим о квантовой электродинамике, квантовые эффекты очень малы и еле наблюдаются. В пятидесятые годы самые точные тексты были достигнуты в области электромагнетизма и квантовой механики.

Это мой любимый пример. Это измерение и расчет магнитного момента электрона. Электрон, который обладает зарядом, вращается, у него имеется угловой момент, таким образом, возникает, создается магнитное поле. И значение этого поля в соответствии с теорией квантовой механики 2. Но отклонения по причине квантовых эффектов, которые мы, как теоретики, можем сейчас рассчитать до одной миллиардной доли и экспериментаторы могут измерить вот эту миллиардную долю. Это потрясающее достижение точности измерений в экспериментальной физике, что они могут производить такие эксперименты. И теория, которая может рассчитывать такие точные цифры. Вы должны беспокоиться о 12 цифрах значениях после нуля.

Подобная точность беспрецедентна в истории физики, и частично по причине самой квантовой механики. Одно из свойств квантовой механики заключается в том, что все электроны идентичны. Это очень важное свойство. И оно подводит к целому ряду важных последствий. Одно из них позволяет нам производить исследования любого электрона, потому что они все одинаковы. Следующее свойство квантовой механики то, что они в очень четких состояниях, дискретные уровни энергии. То есть, нет ничего нечеткого. Они четки, конкретны, измеримы в принципе до бесконечной точности. Это не обязательно является истиной для всех систем в мире, и никакая другая область науки даже чуть-чуть не приблизилась к такой точности. И это дает нам очень сильное основание для применения тех же правил фундаментальной квантовой механики к любым другим феноменам. Также оно работает от малейших расстояний, которые мы можем измерить. И сейчас это нано-нано-наносантиметр, 10-18 степени. Фактически до границ нашей вселенной мы не видели ни одного отклонения от этой базовой структуры квантовой теории, теории квантового поля. Что бы мы не наблюдали, мы хотели бы, как физики, обнаружить что-то новое. И мои друзья-экспериментаторы хотели бы обнаружить что-то, где квантовая механика бы не сработала на суперкоротких дистанциях, на супербольших дистанциях. Они бы получили Нобелевскую премию за это. Но мои друзья-теоретики хотели бы разработать теорию, которая была бы как-то лучше или мощнее, чем квантовая механика. И затем бы мы сказали, что квантовая механика — это всего лишь приближение. Но пока мы в наших гипотезах и наблюдениях не достигли ничего. Таким образом, это потрясающая теория. И когда мы экстраполируем на еще более короткие расстояния, мы не сталкиваемся с проблемой, за исключением так называемой длины Планка. Это еще 15 порядков, то есть теория работает. И она работает не только в пояснении работы атомов, но даже и ядра, из чего оно состоит. И это предоставляет нам так называемую стандартную модель элементарных частиц. Список базовых составных частиц вещества, кварков, лептонов, таких как электронный нейтрино… Три семейства таких объектов. Кварки — это то, из чего состоят нуклеоны в нашем ядре, в ядре атома. Протон и нейтрон. И затем есть другие семейства кварков, лептонов, которые нестабильно и быстро распадаются. Мы можем производить их в лаборатории, но они очень быстро исчезают. И мы понимаем все силы, которые наблюдаем, и которые достаточны для того, чтобы объяснить то, что мы измеряем. Сила электричества, магнетизма, которые удерживают атом вместе. И 2 ядерные силы, которые действую внутри ядра, слабое и сильное ядерное взаимодействие.

И, в конце концов, последняя часть этой стандартной теории элементарных частиц, такой успешной теории. Это вот этот кусочек, который мы добавляем к этим ядерным взаимодействиям, это так называемый механизм Хиггса, который был подтвержден в прошлом году. И я уверен, что вы слышали о механизме Хиггса. В Женеве проводились эксперименты на БАКе, видите вот этот скачок? Это ось частиц, которые сконцентрированы и их масса примерно 125 млрд электронвольт. Более тяжелые, чем протоны. И это выглядит, как самая простая частица Хиггса, как она может выглядеть. Мы пока еще не уверены, но мы надеемся, что она отличается. Потому что она будет признаком еще более интересных новых открытий сверхстандартной модели. Новая физика — не то, чтобы она бы нарушала свойства квантовой механики. Мы не ожидаем, что это произойдет, по крайней мере, на БАКе. Но новая физика, которая пояснит некоторое тайны, которые все еще сохраняются. Как, например, темное вещество, о котором нам говорят астрономы, которое составляет большую часть вселенной. Это новая частица, которую мы еще не имели возможности наблюдать, обнаружить или произвести в лабораториях. И мы не понимаем, почему нейтрино получает массу или почему вселенная полна кварками, а не антикварками, барионами, а не антибарионами. И теоретически имеется целый ряд тайн, которые мы пока еще не открыли. И силы взаимодействия, они похожи на унифицированные, но они не таковые. Есть много интересных проблем, и большинство из них указывают на масштабы энергии — триллионы электронвольт. Триллион — это миллион миллионов, это размер американского долга. Сейчас он уже 10 триллионов. Это диапазон энергий, который исследуется в Большом адронном коллайдере в Женеве. И мы можем только начать понимать, и, может быть, когда-нибудь со временем мы произведем это темное вещество. И, может быть, мы обнаружим, это моя любимая гипотеза, ответ на эти и на другие вопросы. И мы найдем новую симметрию пространства и времени, что будет обозначать, что имеются также и квантовые размерности пространства и времени. Мы имеем некоторые признаки, которые указывают на существование этой новой физики и новых режимов. Многие из них происходят из экстраполяции нашего понимания сил в природе, сильного и слабого взаимодействия, электромагнитного взаимодействия и силы притяжения. И как эти силы будут выглядеть, если бы у нас был микроскоп, который бы смог заглянуть на такие малые расстояния — 10-28 сантиметра. В соответствии с нашей теорией, которая работает очень хорошо для экстраполяции на такие масштабы, все эти силы выглядели бы очень похожими по своей силе. И эти силы, они естественно согласованы друг с другом, также как и все другие силы вселенной. Они являются унифицированными при таких коротких дистанциях. И некоторые из этих идей привели нас к новой симметрии, суперсимметрии, которая может уже быть продемонстрирована в таких малых масштабах. Это потрясающая новая симметрия, которую мы, теоретики, любим, помогает нам унифицировать все. Она не работает без суперсимметрии, а работает великолепно с этой суперсимметрией. Я не буду сейчас пояснять, как все это работает. Но мы имеем какие-то подсказки, что же происходит в фундаментальной науке. Это то, что наблюдения и эксперимент предоставляют нам подсказки, информацию. И это не обозначает, что эти графики, которые я показал вам, что силы природы, они унифицированы при очень высоких энергиях. И для того, чтобы это произошло, необходима суперсимметрия. Но это может быть также и случайностью. Искусство науки для теоретика заключается в том, что мы должны выбрать, на каких экспериментах нам нужно фокусироваться, а какие нужно игнорировать.

Я не буду сейчас углубляться во все прекрасные свойства суперсимметрии, но я расскажу вам о том, что мы возлагаем огромные надежды на эту потрясающую машину — БАК, которая функционирует в Женеве, Большой адронный коллайдер, и предоставляет нам миллионы событий каждую секунду, сотни из которых сохраняются сейчас. И к данному моменту уже накоплены миллиарды, миллиарды событий, которых хранятся и анализируются этой системой. И частица Хиггса в прошлом году была обнаружена. И также мы ищем эту новую физику, которую мы только предполагаем.

Но давайте снова вернемся к квантовой механике. Третий фактор, который я упомянул в начале, о силе квантовой теории. Помните, что она работает, она имеет смысл и она экстремально сложна с точки зрения ее изменений. Ее нельзя изменить. Наша текущая очень хорошо подтвержденная теория квантового поля, как я упомянул изначально, работает везде, где бы мы ее не применяли. И с точки зрения редукционизма, нет ничего из того, что мы когда-либо наблюдали, на что нельзя ответить теорией квантового поля. Потому что это все встроено в стандартную модель. Или, может быть, мы можем пользоваться какими-то расширениями от оной. Но любая теория в природе, любая теория, которая у нас возникала, в конце концов, заменяется более мощной теорией. Ученые, или я сказал бы, я не помню ни одного ученого, который бы мог сказать, что базовая теория науки останется на века. Никто из них не смел достаточно, чтобы сказать это. Поэтому мы можем задать вопрос, где, на каком уровне квантовая механика начнет рушиться, с какого уровня начнут возникать эти модификации? Это все гипотезы, конечно, потому что пока нет никаких экспериментальных подтверждений нарушения квантовой теории поля. Это простые предположения, что квантовая теория на основании экспериментов, которые мы можем представить, которые мы уже осуществляли и которые можем осуществить. Или что скажут квантовые механики, имеет ли она смысл, и где мы начнем предполагать, с какого уровня, с какого масштаба эта теория начнет ломаться?

Итак, я продемонстрировал вам, что мы можем экстраполировать то, что известно нам сегодня по ядерным силам, атомным силам, электричеству, магнетизму, гравитации и до высоких энергий. В таких масштабах гравитация играет важную роль, она унифицируется. Гравитация — это очень слабая сила в стандартных расстояниях. Некоторые люди считают, что это странно, потому что это единственная сила, которую мы ощущаем. Но причины, почему это единственная сила, которую вы ощущаете... Первое, это потому что гравитация собирает все в целое, вы не можете ее ограничить, нет никакой антигравитации. И номер два: это слабая сила. Сильные взаимодействия, о которых говорят мои коллеги, и которые мы понимали в 70-х годах, когда мы создали теорию квантовой хромодинамики, они настолько сильны, но они сильны при низких энергиях, которые мы наблюдаем сегодня. Но вы их не чувствуете. И причина, почему вы их не чувствуете, потому что кварки держатся вместе этой силы взаимодействия. И три вместе полностью нейтрализуют заряд, который является источником этой силы взаимодействия. Протоны не имеют сильного заряда. Кварки таковым обладают, поэтому они вместе. И они создают очень маленький протон. Если вы снаружи этого маленького протона, ядерные взаимодействия слабы, потому что этот протон без заряда. У него нет хромодинамического заряда. Но нельзя делать это с массой или энергией, которая является источником гравитации. То есть, добавив частицу к еще одной частице, вы получите большую массу. Таким образом, это взаимодействие нарастает. И поэтому вы чувствуете это взаимодействие, потому что Земля вас притягивает. Каждый атом в Земле притягивает вас гравитационной постоянной. 1057 атомов в Земле, и каждый из них очень слабо притягивает. Но вместе они создают ту силу, которую вы чувствуете. Но эта сила очень слаба в атомных масштабах, на 40 порядков слабее, чем другие силы взаимодействия. При высоких энергиях — это очень сильное взаимодействие. Предположив это, это дает еще одну подсказку нам, что фундаментальная унификация всех сил в природе, которые мы ощущаем, и мы имеем определенные подсказки, что это происходит также в отношении других сил взаимодействия, это происходит также и с гравитацией. И это поднимает большое количество теоретических проблем, которые могут бросить вызов квантовой механике или другим аспектам нашего концептуального понимания мира.

Например, это привело к следующему. 44 года назад был придуман новый подход, который базировался на идее, что материя состоит не из точечных частиц, а из струн. Ее назвали теорией струн. Теория струн —очень старая теория, кстати. Ей уже 44 года. 44 года исследования этой новой теории. И она обладает пониманием, и она также изменилась значительно за эти годы. Она началась с понимания сил ядерного взаимодействия. И мы начали понимать, почему мы пришли к этой теории струн. Потому что когда вы пытаетесь растянуть кварки друг от друга, хромодинамическое поле, которое держит их вместе, стягивает их обратно. И это выглядит, как струна, такая жирная струна. И мы сейчас понимаем из теории сильных взаимодействий, почему это происходит таким образом, и почему возможно также думать о композитных частях, которые состоят из кварков, как будто состоящих из струн. Но в теории струн вы также можете связать концы открытых струн и получить замкнутые цепи. И было обнаружено, что эти замкнутые цепи объясняют гравитацию, как приближение на больших расстояниях. Характеристика размера этой вибрирующей струны.

Кто-то сказал, что одно из предсказаний теории струн, может быть, это единственное предсказание, которое было подтверждено, — это предсказанная гравитация. Да, конечно, мы знали о гравитации и ранее, о силе притяжения. Таким образом, это не было таким сильным предсказанием, но интеллектуально это правильно. Если вы начнете обсуждать квантовые струны, вы тут же автоматически унифицируете вашу теорию гравитации. Но наша точка зрения на теорию струн была сильно изменена на протяжении последних 10 лет. Я и многие из моих коллег верят, что теория квантового поля, которую мы используем для стандартной модели, и теория струн не являются какими-то разными подходами, не отличаются друг от друга, не являются разными. Но они являются частью чего-то большего, единого целого. И у нас есть инструменты, которые позволяют нам сегодня соединять струнные описания определенных квантовых состояний с теорией квантового поля и ее описаниями тех же квантовых состояний. И кстати, многие из нас верят в то, что стандартная модель физики элементарных частиц, которая была настолько успешно и хорошо подтверждена на опыте, может быть подтвержденной. Мы не знаем, как пока это сделать. Но мы знаем, много их свойств также может быть описано с точки зрения теории струн. То есть, эти подходы не отличны. И теория струн не настолько революционна, как мы надеялись 25 лет назад. Она является частью того, что, я представляю сейчас как некие рамочные структуры теоретической физики. Потрясающие структуры, которые отключают струны, частицы, так называемые браны, трехмерные, двухмерные объекты, различные расширенные объекты, включая струны и кванты. И мы не знаем границ этой рамочной структуры, и взаимодействие между различными путями описания этой структуры, теории струн, теории поля и другими путями. Мы также не имеем никаких идей, какие принципы в рамках этой рамочной структуры, зафиксируют динамику, выберут не только теорию квантового поля, но конкретную теорию квантового поля, выберут вот эту рамочную структуру и позволят нам объяснить реальный мир, который мы наблюдаем вокруг себя. И мы получим ответ, на основании которого мы сможем делать предсказания. И, в конце концов, так как мы сталкиваемся с теорией также и гравитации, а теория гравитации — это динамика пространства и времени.

У Эйнштейна гравитация — это гравитация искривленного пространства-времени. Для этого мы должны задавать вопросы о структуре пространства-времени. И это говорит о структуре вселенной, в которой мы живем. И нас фактически подталкивает сама природа задавать эти вопросы, что является основой, сутью вселенной. И нам брошен вызов в этих различных более крупных рамочных структурах, где мы можем посмотреть на те же физические феномены с различных точек зрения.

И мы должны рассматривать базовые возможности физической реальности, например, пространства, в котором мы живем, времени, которое линейно движется вперед. И мы можем прийти к выводу, что это все неправильно, что это всего лишь приближение, апроксимация. И многим из классических явных свойств пространства-времени был брошен вызов понимания этой более широкой рамочной структуры, например, пространства, которое изгибается. Не обязательно ситуация не такова, как в струнной теории, но пространство во многих плоскостях, например трехмерное пространство. Влево, вправо, вперед, назад, вверх, вниз — три плоскости, в которых мы существуем. Но если мы посмотрим с точки зрения теории струн, там есть разные пути, как мы можем посмотреть на ту же физику. Вы можете описать его в пространствах другого количества пространств. И количество пространств может зависеть от того, как вы посмотрите. То есть, это незафиксированное количество пространств, мерность пространств. И даже топология пространства, которую сложно изменить, не разорвав его, не сохраняется в описании струнной теории физических феноменов. И, кстати, нам кажется, что пространство-время является такой же развивающей аппроксимацией описания природы. И мне сложно представить, что, в конце концов, когда мы получим лучшее понимание этой рамочной структуры, мы все еще будем исследовать. И, может быть, пространство-время будет сформулировано как некая фундаментальная концепция, как некая отправная точка. И это приведет к еще новым сложным вопросам, которые отчасти касаются и могут изменить наше восприятие квантовой механики. К примеру, может выясниться, что пространство более мерно, чем трехмерно. И может быть большее количество размеренности времени. И как мы можем сформулировать правила физики, например, квантовой теории, без фундаментального понимания пространства-времени? И это те вызовы, которые брошены нам в исследовании рамочной структуры, квантовой структуры, которая нам известна настолько хорошо сейчас, или, по крайней мере, мы знаем ее частично, потому что границы этой теории все еще туманны.

И фундаментальный вопрос для меня и провокационный вопрос, это вопрос, где мы, может быть, будем обязаны изменить свои концепции, свои точки зрения, взгляды на квантовую механику, которые касаются того, в чем же истинная суть пространства-времени, из чего время-пространство состоит, каковы же вот эти базовые факторы времени и пространства и к чему это нас приводит? Это приводит нас к тому, с чего началась вселенная. Мы знаем все об истории вселенной до практически миллиардной-миллиардной доли секунды после того, что мы называем Большим взрывом, после которого наши уровни и начинают ломаться. Но мы движимы к предположениям, и некоторые из которых мы даже можем уже протестировать, и мы пытаемся понять, каково же оно, это начало, что же этот большой взрыв из себя представляет. И в соответствии с теорией Эйнштейна, вселенная является ответом на физику. И теория пространства-времени, гравитация, унифицированная теория должна пояснить всю теорию времени-пространства. И это означает не только, каково состояние вселенной сейчас, но что произошло в начале или на границе вселенной, и что будет в конце. И здесь мы полностью потеряны. Мы даже не знаем границы наблюдаемой вселенной. Мы не знаем, каковы же правила, по которым вселенная расширяется. Что фиксирует текущее состояние? Это вопрос, на который наука пока еще не отвечает, но мы обязаны искать на него ответ. И наши друзья, которые сформировали микроволновое пространство, и на основании этого микроволнового излучения определили расширение вселенной, они сделали предположение, что произошло с планковским расстоянием после Большого взрыва. И наблюдательно мы движемся назад, дальше и дальше к самому началу. И мы хотим знать, что же значит это начало. И это уже тот вопрос, с которым физика раньше не сталкивалась. И обычно, когда мы не знаем правил игры, и когда мы не знаем, каким будет решение проблемы, тогда наши концепции становятся недостаточными. И затем мы подходим к концу, о котором мы волнуемся. Физика не имеет такой концепции, что время линейно. Может быть, мы когда-нибудь разработаем эту теорию конца. Или, например, это будет бесконечное расширение вселенной. Тайн много. Итак, я могу на этом закончить свой доклад.

Я могу еще пять минут говорить. Я могу поднять философский вопрос, который касается не физики, а, может, даже больше метафизики. Просто для развлечения. Вопрос заключается в том, что когда мы пытаемся познать границы познаваемого, и вот эта успешная квантовая теория, о которой мы говорили, и те свойства, посредством которых мы ее описываем, и где она может сломаться, очень сложно даже с ее помощью отвечать на эти вопросы. И вопрос, который естественным образом возникает у нас: можем ли мы бесконечно жить и бесконечно задавать эти вопросы? И даже если я отвечу на этот вопрос, а будут ли еще вопросы?

Возникают три проблемы. Одна из них с точки зрения основ фундаментальной физики, которую я обсуждал, мы можем создать эту окончательную теорию, теорию всего, как мы ее называем. Номер два — мы можем быть слишком глупыми, чтобы ответить на эти вопросы. Например, сложный вопрос, из чего состоит пространство-время, и по каким правилам вселенная была создана? Почему мы настолько глупы, думая, что мы, люди, на этом состоянии эволюции достаточно умны, чтобы ответить на эти вопросы. Мы слишком много думаем о себе. И, в конце концов, мы можем потерять волю двигаться вперед. Поэтому я хочу быстро коснуться этих вопросов.

Первое — создадим ли мы когда-нибудь теорию всего, и будем знать решение всех уравнений и их бесконечное распространение? Мое мнение касается того, что я называю геометрией познания. Общая точка зрения на суть фундаментальной науки — это как чистка лука, я называю ее «луковичной моделью». Знаете, вы счищаете с луковицы кожуру, чтобы посмотреть следующий слой, потом снимаете еще один слой. Это очень плохая модель. Прежде всего, она заставляет вас плакать. Но она неудачна, потому что она не объясняет ничего, и геометрически она изнутри наружу движется

Лучшая версия — это то, что мы находимся в малом пузыре знания, который мы саккумулировали из человеческой истории, в море непознаваемого. И мы расширяем вот эти новые границы познаваемого. Это вот где мы находимся сейчас, в наших библиотеках, которые мы создаем. И это границы нашего познания, которые мы расширяем, узнавая новые феномены. И мы затрагиваем эти новые области непознаваемого. И что хорошо в этой модели, так это то, что она объясняет некоторые странные вещи о знании, незнании и мудрости. И опять же, более схематически у нас имеется эта сфера знания, которое расширяется по мере того, как мы углубляемся в науку в этом море неведомого.

Естественно, на этой картинке знание растет, но также и непознаваемое. Потому что мы не знаем того непознаваемого, которого мы не знаем. Мы не знаем достаточно, чтобы задать вопрос о том, чего мы не знаем. Мы знаем только то, что находится в границах нашего знания. Мы знаем, что граница нашего знания здесь и все. И поэтому знание увеличивается с объемом этой сферы познания, в то время как неопознанное увеличивается, как поверхность этой сферы. Это лучше, чем модель луковичная. Знание увеличивается, но все, что мы познаем в течение жизни — чем больше мы знаем, тем больше мы знаем, что мы не знаем. И вот мы постоянно в этом раздражении, мы знаем больше, но мы и более не знаем. Но с другой стороны, мудрость увеличивается. Мы становимся мудрее, потому что знание увеличивается быстрее, чем незнание. Знание увеличивается объемом, объем увеличивается быстрее, чем поверхность.

Итак, мы получили модель, которая объясняет некоторые тайны науки, познания. Мы можем применить это к вопросу, а можем ли мы создать окончательную теорию всего? Ну, вопрос этот означает, а имеется ли конечное количество непознаваемого? Конечная теория значит, что непознаваемое закончилось. То есть, это конец человеческой истории. Мы исследовали поверхность Земли. Это карта средних веков, как выглядела поверхность Земли в те времена с евроцентричной точки зрения. И, кстати, познание поверхности Земли расширялось, как двухмерный объем, как поверхность, плоскость. И те места, где мы не знали, или они не знали, это было границей, одномерной границей. И если вы думали, что Земля была плоской, то исследования Земли продолжалось бы бесконечно. Чем больше становилась карта, тем больше становилось познание, и тем больше становилось непознаваемое. Но, в конце концов, было выяснено, что Земля, оказывается, круглая. И закончилось непознаваемое. Потому что мы покрыли всю Землю, и общество познания закончилось. Это была конечная теория Земли. Поэтому вопросы, которые мы ставим себе, вот это море непознаваемого, является ли оно круглым, как поверхность Земли, или оно не является конечным, как поверхность плоскости, плоской Земли? Оно безгранично и бесконечно или оно компактно и гранично? Я этого не знаю, я агностик. Но есть экспериментальные свидетельства того, что «Земля» плоская. И непознаваемое продолжает увеличиваться. Мы не увидели никаких признаков горизонта, что непознаваемое уменьшается. И вы начинаете знать об этом, у вас кончаются проблемы. Новым студентам уже не о чем писать свои докторские диссертации. По крайней мере, в этой области фундаментальной физики, о которой я говорил. Я не скажу, что это конец физики, потому что большая часть физики не в этом редукционистском смысле, поисках теории всего, конечной теории, но исследования потенциально бесконечных феноменов, которые мы можем произвести редукционистской или микроскопической теории. Если вы достаточно умны, чтобы начать сверху, и уже начинаете пояснять биологию или химию по теории струн, это тоже интересно.

Поэтому второй вопрос, можем ли мы бесконечно увеличивать свое познание? Или, может быть, мы должны будем остановиться, потому что мы слишком тупы, чтобы двигаться дальше? Потому что слишком напыщенно говорить нам в этот момент истории, что мы достаточно умны, чтобы найти ответы на все эти вопросы. Я, кстати, не смог научить свою собаку квантовой механике. Мы понимаем, мы наблюдаем, что наши предки или наши друзья-животные ограничены, их способности ограничены, и собака никогда не сможет понять уравнение Шредингера. Поэтому мы можем представить по той же аналогии, что мы такие же, как те собаки, тупые и у нас есть тоже граница нашего познания, чтобы объяснить суть создания вселенной или суть унифицированной теории, или суть времени-пространства.

Я думаю, что надо все-таки быть немножечко больше оптимистом. Прежде всего, по сравнению с собаками, мы обладаем уникальными свойствами, языковыми свойствами, и также более высокой формой математики, которая обладает бесконечными возможностями. Даже язык… Чапский указал, что дети обладают способностью понять любой язык, но как только они изучают основы языка, в дни, в месяцы, и они делают это так быстро, как никто не может. То есть, мы находим некую бесконечную способность к изучению языков и более высоких форм математики. И есть много различных форм бесконечности, и бесконечности возможностей языка, математики, которыми мы обладаем. Может быть, этого будет недостаточно, чтобы понять эти проблемы, а, может быть, и достаточно. И даже если этого недостаточно, мы можем проапгрейдить наши гены, наши мозги, кто знает, мы обладаем такими способностями. Но что еще более важно, нет никаких признаков, по крайней мере, из наших наблюдений, что мы сталкиваемся с вопросами, на которые мы не можем ответить. Прогресс науки сегодня более быстрый, чем он был 200 лет назад, когда нам казалось, что вопросы были очень простыми в те времена. И требуется столько же времени для умного молодого студента, чтобы закончить МГУ в начале своих 20 лет и начать работу на передовых границах науки, в том же возрасте, как было 200-300 лет назад. То есть, нет признака того, что мы сталкиваемся с вопросами, на которые мы пока не можем ответить. Я думаю, что реальный вызов поиску науки — расширять границы познаваемого дальше. Это то, что, может быть, мы потеряем желание и средства двигаться вперед. Особенно это является истиной в области фундаментальной науки, базовой науки, как физика элементарных частиц, где эти большие ускорители частиц стоят десятки миллиардов долларов. Там работают тысячи инженеров и физиков, которые работают вместе десятилетиями, для того, чтобы погружаться глубже и глубже в суть материи. То же самое в астрономии и астрофизике, где такие же суммы денег и количество людей вовлечены. И общество не захочет оплачивать эти развлечения. И мы можем потерять средства и желание двигаться вперед. Что произойдет, я не знаю. Надеюсь, этого не произойдет. И на этом я закончил. Спасибо за внимание.

ВЕДУЩИЙ: Спасибо, Дэвид, за эту прекрасную интересную историю, которую вы рассказали нам о квантовой механике и о границах нашего познания. Чего я не осознавал, это того, что вы нам показали в конце эту философскую часть, что в независимости от трехмерности или двухмерности пространства, мудрость она одномерна. И хорошая новость заключается в том, что как только наш мир топологически ограничен, мудрость становится бесконечно огромной, потому что познание обнуляется.

ДЭВИД ГРОСС: Это уже было упомянуто. Раньше я слышал нечто подобное. И это подтверждает то, что знания равняются мудрости над непознаваемым. Это та математика, которую мои друзья в социальных и политических науках, любят использовать постоянно. Поэтому, пожалуйста, не надо принимать это серьезно. Если вы начнете воспринимать это серьезно, то тогда вы начнете приходить к абсурдным выводам.

ВЕДУЩИЙ: Ну, знаете, мы в физике обладаем хорошим чувством юмора, спасибо. Я хочу пригласить желающих задавать вопросы. У нас есть немножко времени. Пожалуйста, по порядку.

ВОПРОС ИЗ ЗАЛА: Дэвид, я помучаю переводчиков. Принимая во внимание все, что вы сказали. Вы предоставили потрясающую лекцию, спасибо вам большое. Эта лекция стоит того Нобелевского приза, который вы получили. Спасибо. Меня зовут (неразборчиво). Я ученый, strf.ru, я также журналист. Итак, вопрос с современной точки зрения, с точки зрения современных теоретиков, время — это константа, которая однонаправленна, или она может быть реверсирована каким-то образом?

ДЭВИД ГРОСС: Очень интересный вопрос. Время, это одна из самых странных концепций в физике. Курт Гедель, знаменитый логик всех времен и народов, и Альберт Эйнштейн ходили каждый день вместе домой из Института продвинутых исследований. Никто не записывал, к сожалению, их дискуссии, а так было бы интересно их послушать, конечно. Но половину своего времени они говорили о времени. Оби оба были просто потрясены этим феноменом. Эйнштейн писал о своем восприятии. И я в чем-то согласен со многими, из его замечаний. В физике, то, каким образом мы понимаем, и насколько глубоко ее понимаем, нет понятия «сейчас». В физике нет ничего, что выделяет то, что мы чувствуем, как «сейчас». «Сейчас» не существует в физике как концепции. Поэтому часть ответа на ваш вопрос заключается в том, что если вы хотите понять, что же неправильно, или что же заменяет иллюзию, которой мы обладаем о движении времени, прежде всего, задайте себе вопрос. И вы должны ответить себе, а что такое «сейчас»? Как же возникла эта концепция «здесь и сейчас»? С моей точки зрения, того конца, который я описывал в рамках той теории, которую мы ищем, эту теорию, описывающую все, это теория пространства-времени. Начало, конец, и все, что посередине. Мы являемся частью этой картинки. И каким-то образом мы имеем целый ряд иллюзий, таких, как то, что мы себе представляем в нашем сознании и существование этой концепции «здесь и сейчас». Поэтому мое мнение, о котором я также переживаю, как и Эйнштейн, что «сейчас» это иллюзия, и движение в пространстве-времени также иллюзия. И интересный вопрос, который мы должны задать себе, мы можем начать с видения с картинки всего целостного, каким образом коллекции атомов, которые формируют эти самоорганизованные структуры, формы жизни и как у них могут возникнуть такие интересные иллюзии, как движение через время, через термодинамической время, которое описывает то, о чем говорите вы, иллюзию концепции «сейчас», которая не существует в физике. Я понимаю, что я не ответил на ваш вопрос, потому что вопрос полагается на самом глубоком и непознаваемом аспекте того, как мы воспринимаем реальность.

ВЕДУЩИЙ: Если есть желающие задать вопросы, пожалуйста, подходите к микрофону.

ВОПРОС ИЗ ЗАЛА: Добрый вечер, мистер Гросс. Спасибо за вашу лекцию. Мой вопрос будет о теории всего. Что же вы думаете о теории квантовых циклов, как кандидате на подобную теорию всего? И будет ли эта окончательная теория зависеть от истории или не зависеть от истории науки?

ДЭВИД ГРОСС: Если я правильно понял ваш вопрос, вы являетесь частью этой теории Ли, группы Ли. Цикличная гравитация — это очень упрощенная, неуспешная попытка квантизировать теорию гравитации Эйнштейна. Она не работает, она не интересна. Вопрос об этой независимости, технический вопрос, что же может быть удовлетворительным компонентом — это то, что в некоторых случаях может быть описано тем, что у нас уже имеются четкие описания квантовых состояний. Например, теория струн или квантовая гравитация, где мы знаем, каково наблюдаемое пространство и его границы. Фоновая независимость в квантовой гравитации является одним из технических путей восприятия этой независимости, но каковы наблюдаемые границы в квантовой теории в тех случаях, когда у нас имеются точный контроль наблюдаемого пространства. У нас имеются независимые пути формулирования квантовой гравитации. В других случаях, как, например, вселенная, во всей вселенной мы не знаем. И, кстати, мы не знаем, каким образом сформулировать эти наблюдения. Таким образом, это одна из концептуальных проблем теории квантовой гравитации. И мы знаем, как это делать в рамках теории струн, теории квантовой гравитации. Это неуспешная попытка подойти к малой части этой всей целостной картинки, в этом целостном поиске. На самом деле, эта теория не работает, мне кажется. И они делали очень много неправильного в этой независимости, даже по отношению к релятивистской теории. Поэтому, я отбрасываю ее.

ВЕДУЩИЙ: Спасибо.

ДЭВИД ГРОСС: Пожалуйста.

ВОПРОС ИЗ ЗАЛА: Здравствуйте. Дэвид, я здесь. Спасибо большое за вашу лекцию. У меня есть вопрос. Как вы думаете, случайность, существует ли она в природе, или все предопределено?

ДЭВИД ГРОСС: Насколько вам известно, одно из свойств квантовой механики, это то, что некоторые вопросы мы можем только предсказать, можем дать вероятностные ответы. И если вы хотите, есть унаследованная случайность нашей способности делать некоторые предсказания. Не всегда, но иногда. И это настолько случайно, насколько это может быть. И мы не знаем лучшего источника случайностей, вероятностей, чем эта. Поэтому, если вы используете это в своем компьютере, вы генерируете случайные числа, вы генерируете их, используя программу, которая генерирует псевдослучайные числа. Потому что есть алгоритм, который генерирует таким образом. Естественно, они уже не случайны из-за того, что есть алгоритм. Но время, в рамках которого распадаются радиоактивные атомы, это другой феномен, который на основании квантовой механики будет возникать истинно случайным образом и используется как раз для генерирования истинно случайных чисел. Которые на основании квантовой механики не имеют детерминистического алгоритма в своей сути. И поэтому в этом смысле — да, природа и суть квантовой механики истинно случайностны.

ВОПРОС ИЗ ЗАЛА: У меня вопрос, связанный с кварками, сильными взаимодействиями и бозоном Хиггса. Известно, что в приближении up-кварк весит по 4 МэВ, а down-кварк — 8. Скажите, пожалуйста, объясняется ли с точки зрения хиггского механизма то, что протон весит 930 МэВ.

ДЭВИД ГРОСС: Итак, вопрос был, верхний кварк и нижний кварк, они обладают различными массами. Их массы являются как раз частью для создания частицы Хиггса. Мы не понимаем, почему нижний кварк тяжелее, чем верхний кварк. И это обозначает, что протоны стабильны, а нейтроны нестабильны. Если бы это все было наоборот, наши бы протоны распадались бы, и атомы бы не существовали, и мы бы не существовали. Некоторые люди начали спорить и говорят, что по этой причине down-кварки тяжелее, чем верхние кварки. Но истина заключается в том, что мы не знаем. Теория недостаточно сильна даже с механизмом Хиггса, чтобы пояснить отличия между каплингом Хиггса и различными кварками. Мы просто подставляем эти числа. Но вы сказали, что именно там масса протона возникает из них. Но суть не такова. Масса протона в основном происходит из кинетической энергии кварка и глюонов, частиц, которые удерживают их вместе внутри протона. QCD и феномен асимптотической свободы могут объяснить, в общем, массу протона. По сравнению с фундаментальной массой по унифицированной теории в планковском масштабе. И что происходит? Большая часть из вашей массы 4 МэВ кварка, ваши протоны весят 981 миллион электронвольт, почти миллиард электронвольт. 4 МэВ — это ничто. Ваш вес не состоит из массы кварков, это кинетическая энергия кварков, сокрытая силой, которая, если вы ее пытаетесь растягивать, в какой-то момент времени она достаточно сильна, чтобы удерживать кварки вместе. И это определяет размер протона и кинетическую энергию в нем. И тогда ваша масса, m=E/c2. Таким образом, вы состоите из энергии, а не из масс кварков. Ваша масса происходит из энергии. И малая часть происходит из массы кварков.

ВОПРОС ИЗ ЗАЛА: Здравствуйте, спасибо большое за потрясающую лекцию. И мне очень интересна эта концепция времени-пространства. Но еще больше мне интересно сознание. Что современная физика говорит о сознании? Имеются ли какие-то модели сознания или мы все еще на пути?

ДЭВИД ГРОСС: Как физик, я должен сказать, это область для нейроученых. И это так и есть. Они являются экспертами в том, как работает мозг. И нейронаука находится еще в зачаточном состоянии. Нейронаука находится на то же месте, где физика была 400 лет назад. Только самое начало, они только начинают собирать данные, необходимые для того, чтобы формировать модели того, как работает мозг. Поэтому, это фантастично, то, что происходит в нейронауке, особенно в области создания новых экспериментальных методик для отображения нейросетей, сетей нейронов, процессов, которые в них протекают. И для исследования этих нейросетей динамически, по мере мышления, например, как мыши движутся к лабиринтам, как они думают, и, по моему мнению, история только в начале своего пути. И нам еще далеко до истинного понимания того, что мы хотим понимать, почему мы обладаем сознанием, этим странным феноменом, которого мы еще не понимаем. Значительный прогресс был достигнут. Физика не приносит никакого вклада, за исключением создания новых инструментов измерения, отображения, визуализации. Но физики, даже физики-теоретики, вносят огромный вклад, потому что они любят думать о тяжелых проблемах. Но если они захотят внести свой вклад в понимание работы мозга, они должны стать нейроучеными. И они должны понять феномен, должны проводить эксперименты, вырабатывать новые модели. И многие из них в этом участвуют. Но это не проблема физиков. Это больше биологическая проблема.

ВОПРОС ИЗ ЗАЛА: Да, но мне очень интересно каково же ваше мнение. Потому что насколько помню, вот эта концепция, сейчас о которой вы говорили, она говорит о наблюдателе.

ДЭВИД ГРОСС: То, что нам известно о мозге, это то, что он создает много иллюзий, мисконцепций, недоконцепций. Потому что именно по причине нашего образа мышления, наш мозг эволюционировал в ходе естественного отбора. Если мы найдем новые пути того, что и как работает и преуспеем в этом, то тогда природа адаптируется к этому решению. Мы не должны, наш мозг не эволюционировал для того, чтобы, может быть, понять квантовую механику. Он не для этого эволюционировал. Или для того, чтобы понять самого себя. И это как раз то, что необходимо для того, чтобы преуспеть в естественном отборе.

И многие из наших базовых концепций должны были меняться по мере того, как мы узнавали больше. И многие из них, на протяжении лет они переходили из классической, в квантовую физику. И у нас была иллюзия вот этого сознательного контроля, что вот я действительно произвожу все это. Но недавние свидетельства продемонстрировали нам то, что мозг не так работает. И большая часть из того, что работает, происходит бессознательно.

Другая из наших иллюзий. Это иллюзия этой концепции «сейчас». Вот этого момента во времени, которая линейно движется вперед. И опять же есть свидетельства и эксперименты, которые проводятся, о том, что нет вот этого точного определения в нейронауки измерения вот этого сейчас. Если вы хотите измерить последовательность сигнала в мозгу, скажем, ваше осознанное понимание «сейчас» и фактические сигналы в нервной системе, которые включают ваше решение сделать что-то сейчас и превращают это в действие, очень часто ваше сознание понимает это «сейчас» до того, как вы делаете это действие. То есть когда люди пытаются измерить ваше понимание «сейчас» и когда что-то фактически происходит, сейчас произошло после того, как решение было принято и действие было совершенно. То есть это опять же иллюзия. Как это происходит, это все еще в тумане. Мы всего лишь только в начале понимания.

ВОПРОС ИЗ ЗАЛА: Спасибо большое, спасибо.

ВОПРОС ИЗ ЗАЛА: Я также должен поблагодарить вас за вашу лекцию. Она была очень вдохновляющей. И у меня есть такой общий вопрос. Опишите ученых, которых вы можете назвать реальными физиками, настоящими физиками.

ДЭВИД ГРОСС: Я физик и я горжусь физикой. Физика — это самая старая наука, количественная наука. Астрономия — это самая странная наука. Астрономия исследовала вселенную с самого начала еще до того, как возникли физики. Но физика — это место, где были разработаны научные методы познания Галилеем, Ньютоном, и развивались. Она является экстремально мощной наукой и она остается физикой. Физика не разбилась на несколько различных типов физик. И даже астрофизика — большинство астрофизиков, астрономов, астрофизиков, они сейчас в отделе физики работают. Таким образом она обладает некой общей культурой, которая базируется на научном методе и 400 лет успешного применения этих методов.

Таким образом, что я могу сказать. Физик — это кто-то, кто прошел через систему образования, получил образование физика, исследовал, получил вот этот объем знаний, которой мы называем физикой. И затем на основании этих знаний и что еще больше важно, вот этих путей, образов мышления, как подходить к решению проблем, может применять их в областях, которые, может быть, и не являются физикой. Биологии, нейронауке, где бы там ни было еще. В финансах, может быть. Иногда, например, в чрезвычайных ситуациях даже.

ВЕДУЩИЙ: Хочу небольшой вклад. Я думаю, есть теоретический путь, как мы можем дать определение реального физика. Это дать определение несуществующего физика, а все остальное определяется вот этим определением.

ДЭВИД ГРОСС: Да, да.

ВОПРОС ИЗ ЗАЛА: Спасибо, господин Гросс. Я хотел бы знать, как, по вашему мнению, капитализм влияет на развитие науки и физики? И что, по вашему мнению, является наилучшей системой социально-экономической организации общества для быстрого развития науки? Может быть, социализм, капитализм, феодализм, что-нибудь еще.

ДЭВИД ГРОСС: Очень интересный вопрос, на который как физик я не квалифицирован отвечать. Но как человеческое существо, как человек… у меня очень есть четкие мнения, но я не уверен, что это правильное место, где должен быть их высказывать.

Но когда вы задавали этот вопрос, у меня возникла мысль. Наука выживает при всех социальных системах. Это вот одна из сильных сторон науки. Физика, теоретическая физика, экспериментальная физика — они росли и в Советском Союзе, они процветали и в Соединенных Штатах Америки при капитализме в то же самое время. Потому что одна из величайших вещей, которые мы можем отследить в науке, это то, что она международна и ни одна нация не может ее ограничить. Потому что вопросы, цели, задачи — они не выдвигаются ни правительствами, ни институтами, ни обществом, они выдвигаются природой. Вопросы — они универсальны. По сути они таковы. Может быть, в своих применениях они начинают зависеть от общества, от рынка, от военных и не военных. Но при познании физической реальности вопросы выдвигаются природой. И судья успеха или неуспеха, истинности или не истинности, это не правительство и не институты, но сама природа. Опять же, научный метод говорит, что окончательный судья — это природа. Бери свою идею, моделируешь ее, задавай вопрос природе, так ли это. Природа никогда не говорит, что это неправильно, но природа иногда очень часто говорит, что это неправильно. И ты должен принять это. Какие-то правительства пытались прописывать законы природы.

В моей стране был штат, который закон о математике пытался сформулировать. Например, они сказали, что пирог должен быть 3 и 1 четверть в диаметре. Нельзя этого делать в математике, нельзя этого делать с физикой. Нельзя это делать с любой наукой, которая следует научным методам. За пределами так называемой физической науки очень часто правительство, религии пытались диктовать, заставлять или выдвигать свой ответ. И, в конце-концов. они были повержены. Потому что если это противоречит реальности, в конце-концов, это выходит на поверхность.

Поэтому великая суть науки заключается в том, что она может противостоять любому правительству. Потому что она ответственна перед более высшей властью.

ВЕДУЩИЙ: Я вижу, что люди готовы еще задавать вопросы, но мне организаторы сказали, что мы можем ответить еще на три вопроса и затем наше прекрасное время закончено.

ВОПРОС ИЗ ЗАЛА: Здравствуйте, профессор. Я работаю в области квантовой химии. Мы пытаемся моделировать молекулы. Это что-то в середине между физикой и нейронаукой. У меня есть один комментарий и один вопрос.

Мой комментарий в том, я хочу модифицировать ваше уравнение мудрости. Вы думаете о том, что мудрость равняется знание деленное на незнание минус тупость. Эйнштейн думал об этой формуле. Я думаю он сказал, что вселенная бесконечна, но тупость еще более бесконечна. Ну, это маленький комментарий. Но это не просто шутка, если вы подумаете о том, что мы можем двигать науку вперед, вкладывать деньги в ускорители частиц. Не забывайте также о том, что есть такие вещи, как религиозные фанатики, которые берут под свой контроль атомное оружие и самоуничтожение человеческой расы, как пример глупости.

Это мой один комментарий, но вопрос в том. Мы не говорили о скрытых переменных, которые мы никогда не могли исследовать и контролировать. Может они смогут ответить на вопрос человеческого мозга, интеллекта, человеческой души? Спасибо! Удачного дня.

ВЕДУЩИЙ: Это было вопрос или утверждение, Дэвид?

ДЭВИД ГРОСС: Знаете, человеческая раса, я верю, она будет жить и продолжать. Я думаю, это предположение верно. Да, у нас очень много глупостей еще процветает. И как я говорил раньше, великая вещь в науке, великая суть науки... Да, глупостей очень много. Даже в том, что делают ученые. Есть тупые ученые, есть ученые, которые совершают ошибки, которые выдвигают неправильные модели, неправильные теории. И, кстати, это нормально. Потому что большинство идей и попыток, выдвинуть какие-то идеи, они неправильны. И это то, как мы прогрессируем. Совершая ошибки и понимая, что это ошибки и двигаясь вперед.

И отличие между религией и наукой, это то, что у нас есть метод принятия решения, когда что-то является глупым или неправильным, а у них такого научного метода нет.

Глупость и неправильные идеи — это не проблема в науке. Потому что мы имеем научный метод. Но они являются проблемой за пределами использования научных методов. И естественно вы обозначил ряд этих проблем. И я согласен с вашей формулировкой этих проблем. Но с точки зрения понимания, как работает мозг, вы говорили, что вы занимаетесь квантовой химией, я думаю, что химия, биохимия - это то, что нам нужно будет для того, чтобы понять мозг. Потому что это очень сложный и особенным образом эволюционирующая система. Прекрасная система.

И в конце-концов, как редукционист, я не сомневаюсь в том, что мы сможем понять химию и понимание химии будет достаточно, чтобы понять мозг, в конце-концов.

ВОПРОС ИЗ ЗАЛА: Большое спасибо за лекцию и за ответы на вопросы. У меня вопрос в следующем. Если принять то, что мы знаем... У нас есть ограниченные знания: мы знаем, что вселенная расширяется, мы знаем, что раньше она была в более меньшем объеме. Мы знаем, что происходит трансформация энергии, вещества и наоборот. Мы предполагаем, что раньше была масса, было больше энергии. Если мы будем стремиться к Планковскому минимуму, то есть материя будет сжиматься, то наступит такая критическая масса вещества, которое не сможет удержать энергию. Произойдет обратный процесс — процесс большого взрыва. По вашему мнению, что мешает принять вот эту теорию, эту версию?

ДЭВИД ГРОСС: Одна идея, которая обсуждалась много раз — это то, что вселенная сжимается, расширяется, сжимается, расширяется и вечно. Это называется теория сингулярности. И есть много проблем с этой теорией.

Ну, прежде всего, это касается термодинамики пространства во времени. Частично это касается всех попыток делать это на так называемом сжатии и расширении, и достижения сингулярности и так далее. Пока мы еще не смогли это смоделировать. Но это может быть и так, это может быть и так. Может быть, вселенная таковой и является. Может быть она так и скачет: туда-сюда, туда-сюда. И для некоторых людей это очень философски подходящая теория. Потому что в определенном смысле, тогда нет начала, нет конца. Просто как гармошка: туда-сюда, туда-сюда.

Но нет четкой модели поясняющей эту теорию. Есть много таких спекулятивных теорий. Поэтому сверх этого, я больше ничего не могу сказать. Может быть, все и так.

ВОПРОС ИЗ ЗАЛА: Спасибо!

ВЕДУЩИЙ: И вот последний вопрос.

ВОПРОС ИЗ ЗАЛА: Здравствуйте. Спасибо большое за вашу лекцию. Для меня была большая честь, очень интересно. Отдельная благодарность за философскую часть лекции. И мой вопрос не в физическом контексте. Я также изучаю физику и было бы глупо, с моей стороны, задать вам вопрос о физике. Поэтому я задам вопрос в философском контексте. Верите ли вы в то, что язык, как инструмент описания реальности достаточно силен, чтобы ответить на вопрос, будем ли мы двигаться вечно в этом направлении и познании? Потому что истории известны многие мудрые люди, которые говорили, что есть знания без слов, бессловесное знание. И это то, каким образом многие люди называют это интуицией. И вопрос заключается в том, вы, как человек… возникают ли у вас такие моменты истины?

ДЭВИД ГРОСС: Видите, я отвечаю на ваш вопрос словами. Многие интересные мысли, о которых я думал, которые проистекали в моей голове, они проистекали неосознанно тогда. И большая часть того, что происходит в мозгу, формируется не словами, а некими иллюзорными путями, как мысли. Мы или я, как мы говорим, контролируем то, что у нас там происходит, в этом смысле и очень часто то, что мы называем интуицией, это решения, которые принимаются какими-то частями нашего мозга, которые мы не можем назвать собой. Мы даже неосознанно имеем их. И часть вот наших интуитивных решений. Часто интуиция значит вот это: неосознанные решения. Мы делаем что-то или кто-то делает что-то неосознанно. И мы называем это «интуитивно».

Или интуиция также ссылается на привычки, на знания, полагающиеся на опыт, которые мы приобретаем с годами. И часть того, как мы преподаем физику, насколько я понимаю, то, каким образом мы научились преподавать физику, это то, что мы пытаемся сформировать некую научную интуицию. И мы делаем это, презентуя это студентам. Например, вы изучаете физику. Вам представляют много-много проблем. Вначале вам представляют некие базовые проблемы понимания физики, затем более сложные проблемы, к которым вы должны применить вот эти базовые познания. И мы повторяем, и повторяем, и повторяем этот цикл на более-более высоких уровнях. И со временем ты начинаешь приобретать то, что вы назвали интуицией. Вы видите новую проблему, это похоже вот на то-то, на то-то, на то-то, и часть ответа. То есть это ссылки на опыт, на мудрость. Это то, что мы называем интуицией. И наше физическое образование фактически строится на попытке создать вот такой образ мышления, который вы назвали интуицией.

Да, это очень важная часть. И большая часть нашего мышления происходит неосознанно.

ВЕДУЩИЙ: Спасибо большое за вашу попытку ответить на все вопросы. Это было потрясающее время. Спасибо за вашу лекцию. Мы вам весьма благодарны.

ДЭВИД ГРОСС: И я также хочу поблагодарить аудиторию. Потому что это были очень интересные вопросы, из всех которые я получаю после своих лекций. Поэтому спасибо вам.

ВЕДУЩИЙ: Вопросы не закончились, поэтому приезжайте к нам.

Спасибо, что пришли от имени центра. Это было интересное событие. Всем удачи!

контакты

119072, Москва, Берсеневская набережная, 6, стр.3

+7 (499) 963–31–10
+7 (985) 766–19–25
do@digitaloctober.com