Teorii strun i Kryzys w Fizyki

Original: http://www.math.columbia.edu/~woit/talks/lisbontalk.pdf

Gulbenkian Fundacja Konferencja nauka w pobliżu jej granic ?, 25-26 października 2007
Piotr Woit
Uniwersytet Columbia

W XX wieku nastąpił historycznie bezprecedensowy rozwój naszego zrozumienia fizycznych
Świat w jego najbardziej podstawowym poziomie, zakończone bardzo udanej teorii cząstek elementarnych i ich
interakcje, obecnie znany jako Modelu Standardowego. Teoria ta była w miejscu, w połowie 1970 roku, a od tego czasu cząstki
fizyka stała się w pewnym sensie ofiarą własnego sukcesu, próbując znaleźć sposób na dalsze postępy.
Przez prawie ćwierć wieku teraz, pole teorii cząstek została zdominowana przez dążenie do jednego spekulacyjnego
Pomysł znany jako “teorii strun”, mimo że nadal nie udaje tego pomysłu, aby doprowadzić do żadnych testowalnych prognoz. W
ostatnich latach wiele teoretycy strun zaczęli propagować ideę, że ten brak konwencjonalne naukowe
przewidywalność jest problem nie wynikające z teorii, ale od charakteru samego świata.
We wstępie do tej konferencji, George Steiner nasuwa się pytanie, czy ta sytuacja “pociąga za sobą
ontologiczny kryzys w samej koncepcji co stanowi nauka “. będę twierdzić, że to nie jest przypadek, że
co działo się tutaj, to nie więcej niż konwencjonalny przykład awarii spekulacyjnej programu badawczego.
Co jest niezwykłego w tej sytuacji jest jego występowanie w nowym środowisku badawczym, że fizycy nie są używane do, jeden
w których poprzedni mechanizmy, które trzymane w ryzach spekulacyjnych nadmiar osłabiły lub zaginęło. Okres
z wykładniczy wzrost eksperymentalnie dostępnych skal energii, które charakteryzują środkową część
Wiek XX to teraz dawno. Wyzwanie dla fizyki teoretycznej cząstek w tym wieku będzie to, czy to
można znaleźć sposoby, aby kontynuować postępy, podczas gdy w obliczu nowych i bardziej trudnych ograniczeń.
Ograniczenia doświadczalne
Od 1930 roku na, szybkiego rozwoju lepszych technologii w celu przyspieszenia i kolizji cząstek ma
była siłą napędową postępu w zrozumieniu natury cząstek elementarnych i ich oddziaływań.
Wyższe energie odpowiadają mniejszych odległościach, więc każda nowa generacja akceleratorów pozwoliło dochodzenie w sprawie
Fizyka w mniejszej skali odległości. Podobnie jak prawa Moore’a półprzewodników, który nadal jest odpowiedzialny za
szybkie zmiany technologiczne, przez większą część XX wieku dostępnych energii wzrosła wykładniczo. Od 1
MeV (milionów elektronów V) w 1931 roku, był stały postęp aż do 1987 roku, kiedy to tzw Tevatron w Fermilab
rozpoczął działalność na blisko 1 TeV (trylionów elektronów woltach). Od dwudziestu lat ten doszedł do przystanku, z
Tevatron pozostałe najwyższy akcelerator energii na świecie. Ambitny plan budowy jeszcze większej energii
Akcelerator w USA, SSC, osiadł na mieliźnie, gdy rząd federalny anulował projekt w 1993 roku jako prawdopodobne
Koszt urządzenia wzrosła bardziej ponad 10 miliardów dolarów.
Dla przewidywalnej przyszłości, ma nadzieję, reszta prawie w całości na LHC (Large Hadron Collider), który jest bliski
Zakończenie w CERN w Genewie i powinien zacząć przyspieszania cząstek w przyszłym roku. LHC zastosowania
nadprzewodzące magnesy do przechowywania wiązki w pierścieniu około 27 km w obwodzie, osiągając w ten sposób energii
siedem razy wyższa niż na Tevatron. Tak więc, jeśli wszystko pójdzie dobrze, zamiast lepiej niż rzędu wielkości energii
wzrasta w każdym wcześniejszym wspólne dekady, będzie wymagało 21 lat, aby uzyskać współczynnik siedmiu. Przyszłość wygląda
jeszcze trudniejsza, ponieważ energia akceleratora jedynie skalowanie liniowo od wielkości maszyny i wytrzymałości
magnesy. Wydaje się mało prawdopodobne, że każdy rząd będzie skłonny sfinansować budowę urządzenia znacznie większej
niż LHC w ciągu najbliższych kilku lat, i magnesów LHC już przesuwają granice obecnej technologii.
Nie ma wyższą energię po LHC akceleratory nawet w fazie projektowania lub w danym momencie. Najbardziej prawdopodobne
Możliwość może być na “DLHC”, możliwy upgrade LHC, które podwoić swoją energię, dzięki zastosowaniu nowych magnesów
z podwojenie natężenia pola. Takie magnesy zdolne do masowej produkcji, a żyjący w wysokim promieniowaniem
Środowisko jeszcze nie być zaprojektowane tak, DLHC może być co najmniej dwa rzędy wielkości obiektu.
Jak zwiększa skalę energii akcelerator spadły z czynnika 100-1000 każde 20 lat współczynnik
siedem w ciągu ostatnich dwóch dekad, a może czynnikiem dwóch ciągu najbliższych dwudziestu lat silnik, który został
Postęp jazdy spadło dramatycznie. Termin przyszłości bardzo blisko jest jasne, jak w najbliższych latach będzie zobaczyć
LHC w końcu zacząć robić fizykę, ale w ciągu ostatnich dwóch lat było trudnych i po LHC Okres willface tych samych problemów.
Moc i Chwała Modelu Standardowego
W tym samym czasie, physics cząstka, rozpoczyna się aż do ograniczeń natury technicznej, posiada
również uruchomić do problemu omawianego John Horgan w jego 1996 książce The End of Science. Bardzo udany
Postęp naukowy może otworzyć nowe drogi badań, ale może również rozwiązać wiele nierozstrzygniętych problemów w
pole, pozostawiając tylko te, które są o wiele bardziej trudne do rozwiązania. Historia Modelu Standardowego może być najlepszym
Przykładem tego zjawiska.
Model Standardowy jest przykładem teorii kwantowej udziałem nieskończoną liczbę stopni
wolność, zwany kwantowej teorii pola. Jest to bardzo szczególny rodzaj kwantowej teorii pola, posiadania nieskończonej
Symetria Symetria wymiarowej nazywa miernik. Takie kwantowe teorie pole cechowania są sformułowane
ilości geometryczne, które są w centrum współczesnego rozumienia geometrii: idą one pod nazwami
“Połączenia” (zwane “pola cechowania” przez fizyków), “spinors” i operatora Diraca. Podczas kwantowej pole cechowania
teorie obejmować niektóre pojęcia dobrze rozumiane przez matematyków, idą daleko poza to, co wymaga nowego
matematyczne idee, które są nadal w pełni wyjaśnione. Do dziś te teorie opór próby znalezienia
całkowicie skuteczne i dobrze rozumieć sformułowanie rygorystycznie. Ich badania, zwłaszcza w rękach fizyka
Edward Witten, doprowadziły do ​​zaskakujących nowych pomysłów na czystej matematyki, które zrewolucjonizowały niektóre podpolach
przedmiotem.
Podczas obliczeń w tych teorii są trudne, w 1971 sposoby okazały się konsekwentnie zrobić kilka
im w pracy przez Gerarda ‘t Hooft i jego promotor Martin Veltman. Dwa lata później te obliczeniowych
metody były stosowane przez Davida Grossa, David i Frank Wilczek Politzer, aby pokazać, że w kwantowej teorii pola pomiarowego
może skutecznie wyjaśnić silne oddziaływania między kwarkami, które wiążą je w protony, neutrony i inne
Badane przez eksperymentatorów cząstki. ‘T Hooft i Veltman otrzymali Nagrodę Nobla w 1999 roku, brutto, Politzer i
Wilczek w roku 2004. Do roku 1973 wszystkie pomysły Modelu Standardowego były na miejscu, a ludzie szybko zaczęli używać,
Termin odnosi się do niego. Od 1973 roku nie doszło do rozwoju w teorii cząstek teoretyczne, które zostały uznane za
godne nagrody Nobla. Z sukcesu Model Standardowy, pole teorii cząstek stał się bardzo
ofiarą własnego sukcesu.
Kilka pokoleń akceleratorów cząstek, poszli do pracy w latach po 1973 roku, z
znakomity wynik, że wszystkie wyniki doświadczalne znalezione przez nich ściśle zgadzają się z Modelu Standardowego. Więcej
dokładnie, zawsze, gdy coś się zaobserwować przez eksperymenty można wiarygodnie obliczane w pewnym dokładności w
Standardowy model, a zatem prognozowanie można wyniki doświadczalne okazały się zbieżne
przewidywania do oczekiwanej dokładności. Niektóre obliczenia pozostają trudne lub niemożliwe do zrobienia, ale zawsze, gdy coś
można obliczyć, że zgadza się z eksperymentu. To zupełny brak rozbieżności między teorią i obserwacji ma
sprawiły, że życie bardziej nudne, eksperymentatorów i teoretyków, a życie nieszczęśliwy.
Model Standardowy, ponieważ istnieje do dziś jest inna tylko w jednym zakresie od oryginalnej wersji z 1973 roku.
Od czasu tych dowodów stwierdzono dla mas neutrin, więc oryginalny model został uzupełniony o warunkach
dla mas neutrin, ale pod każdym innym względem modelu pozostaje bez zmian. Również niezmieniony są ograniczenia
Model: to nie jest odpowiedź na pewne pytania, które naszym zdaniem w pełni udane teorii powinny stanowić odpowiedź na.
Jednym z głównych pytań pozostało bez odpowiedzi jest jak włączyć grawitacji w Modelu Standardowym, lub do
wszelkie ramy teoretyczne kwantowej. Standardowe techniki wydobywania sensowne wydają się wyniki kalkulacyjnym nie
gdy spróbujemy zastosować je do teorii dotyczących grawitacji (choć ostatnio pojawiły się dowody wskazujące, że w
pewne szczególne przypadki nie może to być rzeczywiście prawdą). Można oszacować wielkość efektów kwantowych z powodu grawitacji, a
niestety, będą one skutecznie nieobserwowalny, rozmiarów tak małe, że nie do pomyślenia eksperymentalny
będzie można ich zmierzyć. Problem jest więc grawitacji kwantowej jeden z zasadą, skutecznie oddzielone
od dostępności eksperymentalnej.
Drugim głównym ograniczeniem Modelu Standardowego ma do czynienia ze sposobu w jaki obsługuje istotną część
Teoria często nazywany “Higgs zjawiska.” Dla modelu działa poprawnie, państwo nie może być próżni
niezmiennikami symetrii przyrządów, a to jest organizowane przez wprowadzenie pole o nazwie “hipotetyczne pole Higgsa”.
Rozwiązanie to wprowadza dwadzieścia kilka nieokreślonych parametrów do modelu, i chcielibyśmy, aby zrozumieć, co
reguluje wartości tych parametrów. Z tych parametrów wszystkich, ale jeden został już rozwiązany (często do wysokiej
dokładność) doświadczalnie. Jeden nieznany parametr określa masa wciąż nieobserwowalnej cząstki zwane
“Cząstka Higgsa”. Dla spójności, masa ta nie może być zbyt duży, więc jeśli Model Standardowy jest poprawny LHC powinny
mogli obserwować tę cząstkę i naprawić ostatni parametr w modelu. Jeśli Model Standardowy nie jest prawidłowa, nie
musi być jakaś nieznana fizyka teraz już chodzi, dla których pole Higgsa z Modelu Standardowego zapewnia anapproximate opis ważny przy energiach wystarczająco niskie, aby były badane na bieżąco.

Najlepszy powód do optymizmu
że LHC zobaczy coś nieoczekiwanego jest to, że pierwszy akcelerator wystarczająco dużej energii, który ma albo
cząstki Higgsa, produkcji lub pokazu odchylenia od modelu standardowego, jeśli Higgsa nie istnieje.

Teoria strun: nadzieje i rozczarowania
Do 1984, fizycy spędził poprzednią dekadę patrząc bez większego powodzenia na nowej teorii tej
by wyjść poza ograniczenia Modelu Standardowego. Bardzo mała liczba nie pracował w kwantowej teorii pola,
ale coś, co nazywa “teoria strun”. Teoretycznie strun role of punktowych cząstek elementarnych jest zastąpiony
jednowymiarowe elementarne przedmioty, te “sznurki”. Latem 1984 roku, Michael Green i John Schwarz
były w stanie wykazać, że jednym z możliwych źródłem niespójności (znany jako “anomalię”) anulowane w dwóch specyficznych
teorii strun. To zachęciło Witten, aby rozpocząć pracę w tej dziedzinie, i wiele innych szybko dołączył do niego. On i
inni szybko produkowane przykłady teorii strun, że mieli nadzieję, że oba zawierają grawitacji i rozmnażać
Model Standardowy w niskich energiach, ostatecznie zapewniając prawdziwie jednolitej teorii, tak zwana “teoria wszystkiego”.
Teorii strun są teorie kwantowe, a przy niskich energii mają bezmasowych, spin-dwie cząstki, które mogą odegrać
Rola Grawitonów i zapewniają siłę grawitacji. Spójność z teorii strun wymaga, że ​​mają
własność zwana “supersymetria” a łańcuchy poruszają się czasoprzestrzeni 10 wymiarach. Aby połączyć łańcuch
Teoria do obserwowanego świata, trzeba znaleźć sposób, aby 6 z tych wymiarów niewidzialnych, a trzeba
uwzględnienia faktu, że obserwowana fizyki nie ma właściwość supersymetrią. Od 1984 do chwili obecnej
dzień, wysiłki, aby znaleźć sposób na obejście tych problemów zdominowały starań, aby znaleźć sposób na wykorzystanie teorii strun do ujednolicenia
fizyka.
Witten i inni byli bardzo entuzjastycznie nastawieni do tego na początku, jak szybko zidentyfikować klasę
sześć-wymiarowe przestrzenie zwane “Calabiego-Yaus”, które były zgodne możliwe sposoby owijania się sześć
wymiary i czyniąc je unobservably małe. Obserwowane w naszej fizyki czterowymiarowej czasoprzestrzeni będzie
zależą od Calabiego-Yau jeden wybrał, ale matematycy wiedzieli ograniczoną ilość tych przestrzeni. To
wydawało się, że wszystko trzeba było zrobić, to określenie wszystkich Calabiego-Yaus i sprawdzić każdy z nich, aby sprawdzić, czy nie doprowadziły do
Standardowy model fizyki niskich energiach. W Duża liczba teoretyków dołączył do pościgu, pracując zarówno problemu
uzyskania model standardowy, a tym bardziej abstrakcyjny problem lepszego zrozumienia teorii strun.

Z biegiem czasu okazało się, że głównym problemem było to, że nie tylko tam duża liczba
Calabiego-Yaus, ale każdy Calabiego-Yau przyszedł z zestawem “moduły” parametrów niezbędnych do określenia jej wielkości i kształtu.
Trzeba było znaleźć nie tylko prawo Calabiego-Yau, ale także trochę mechanizm ustalania tych parametrów. Nadzieja
było to, że lepsze zrozumienie teorii strun by zidentyfikować pewne dynamiczny efekt, że “ustabilizować
moduły “, ale to jedyne znane przykłady takich efektów raczej spowodować moduły uciekać się do nieskończonej lub zerowej wielkości,
umożliwiając stabilne, odpowiednio mały Calabiego-Yau.

Teoria strun” w rzeczywistości nie odnoszą się do ściśle określonej teorii, a do zestawu zbliżonych zasadach
obliczania co dzieje się z ciągów kwantowe interakcji słabo ze sobą. Zasady są tylko w pełni
zgodne w granicach zera interakcji między strunami, ale w tym jednym graniczną nie może dostać fizyki nietrywialne. Na
słabo oddziałujące strun, jest nadzieja, że ​​harmonizacja jest dość dobre, ale dla większej sile oddziaływania nie
tylko będzie zbliżenie się niedokładne, ale nawet nie wiem co to jest jedna teoria ma być
zbliżenie. Teoria strun może być opisana jako naprawdę nie jest teorią, ale jest nadzieja, że ​​istnieje teoria, która w
słabo oddziałujące przybliżeniem jest opisane w przepisach, które są zrozumiałe.
W połowie lat dziewięćdziesiątych pewne postępy wykraczające poza słabo sprzężony zbliżenia. Witten
Przypuszcza się istnienie w pełni zgodny formułowania teorii strun, zwany “M-teoria”, które w
różne przypadki graniczne dają znane wersje teorii strun. Ta hipoteza zakładała wprowadzenie nowych stopni
swobody w teorii, zwany “brany” (jak w “membrany”). Brana jest wyższa obiekt trójwymiarowy, którego
Efekty stają się ważne jako ciągi była bardziej oddziaływania i mogą działać jako miejsca, w którym łańcuchy rozpoczęcia
i koniec. M-teoria, podczas gdy w zasadzie ujednolicone pięć różnych rodzajów teorii strun, to nie rozwiązuje problemu
jak znaleźć sobie prawo Calabiego-Yau, ale faktycznie jest dużo gorzej. Teraz to już nie tylko kwestia ustalenia
Prawo mała przestrzeń sześciu wymiarów, ponieważ przy niskich energiach nie wydaje się być również ogromna liczba możliwe
spójne konfiguracje dla bran o różnych wymiarach. To otworzyło wszystkie rodzaje nowych możliwości w uzupełnieniu
na wiele sposobów owijania kilka wymiarów: można spróbować przy założeniu, że nasz wszechświat jest brana była
skrzyżowanie różnych bran itp
Ostatni okres badań teorii strun zaczęła się kilka lat temu wraz z odkryciem możliwych metod dla
stabilizacji moduły parametrów. Podczas gdy te metody obiecał rozwiązania problemu stabilizacji moduły,
to był bardzo pyrrusowe zwycięstwo. Stabilizacja modułów wymagane łącząc dość complicatedconfigurations z Calabiego-Yaus, brany i uogólnionych strumieni magnetycznych. Nawet zwolennicy, o których mowa konstrukcje jak “maszyny Rube Goldberga”, po serii znanych amerykańskich kreskówek absurdalnie
skomplikowane mechanizmy zaprojektowane zrobić coś prostego. Większość katastrofalnie, każda budowa zakończyła się nie z
jedną z możliwości, ale z niewyobrażalnie dużą liczbę takich jak 10500 z nich. Od 1984 roku, każdy krok w kierunku lepszego
zrozumienie teorii strun i znalezienie sposobu, aby odtworzyć model Standardowy doprowadziło do większej złożoności i
więcej możliwości. Choć od wielu lat naukowcy próbują scharakteryzować rodzaj fizyki teorii strun
może doprowadzić do, teraz jest tak wiele możliwości, że przedmiotem niektórych badań teorii strun jest próba identyfikacji
możliwości, że teoria strun nie rozmnażają.
Co działo się tutaj, odzwierciedla jeden z dwóch punktów końcowych, które mogą wystąpić, gdy realizuje źle
spekulacyjnych teoretyczne ramy. Jednym z możliwych rozwiązań jest to, że jest dość sztywne ramy, a jeden prędzej czy
później uderza ostateczne niespójności lub sprzeczności z eksperymentu. Inną możliwością jest to, że ramowa
znacznie bardziej elastyczne, więc można zachować dodając do niego funkcje, które pozwalają jednym uniknąć sprzeczności z eksperymentu.
Prędzej czy później jednak okazuje się, że takie ramy, a nie sprzeczne, jest bezużyteczny. Jeden stwierdzi, że
trzeba umieścić w tyle złożoności, jak ktoś wychodzi, więc nie sprawdzalne prognozy mogą być wykonane. Nasze sukcesy
teorie fizyczne mają dobrze określoną właściwość piękna i elegancji: ogromną ilość informacji na temat
przepływach z niewielkiej liczby założeń. Nieudane teorie nie wytwarzają więcej informacji, niż to, co
wstawia się do nich. Ta forma awarii, co dotknął teorię strun.
Co ciekawe, w ciągu ostatnich kilku lat odnotowano kilka teoretycy strun nie decydują się porzucić teorię w twarz
tego błędu, ale zamiast tego, aby włączyć problemy teorii do wymówki, że nie jest w stanie przezwyciężyć
Ograniczenia Modelu Standardowego. W tej nowej, silnie promowana punktu widzenia ogromnej liczby możliwości
nieodłączną teorii strun jest nazywany “Pejzaż”, a założenie, że nasz wszechświat jest tylko jeden
nieskończenie kawałek znacznie większej “wieloświata” realizującego inne możliwości. Wartości niektórych z normą
Parametry modelu są “wyjaśnione” przez “Zasadą Antropiczną”, że muszą mieć mniej lub bardziej przestrzegane
Wartości dla inteligentnego życia istnieć. Promowanie tego rodzaju wyjaśnienia jako nowy sposób uprawiania nauki,
nieuniknione, ponieważ jest to, co prowadzi do teorii strun, doprowadziło do ostrej kontrowersji wśród fizyków. Każdy
po tej kontrowersji byłoby dobrze pamiętam, co wiele osób zaangażowanych w nią często zdają się zapominać.
Jest prosta, naukowo konwencjonalne wyjaśnienie, jak radzić sobie z tym, co działo się: teoria strun
Wydaje się, że nie powiodło się jako jednolitej teorii, i trzeba się bardziej starać i szukać czegoś innego.
Ważne jest, aby uznać, że ten błąd nie jest spowodowany granicach naszych technik eksperymentalnych. Strunowy
Teoria jak obecnie rozumiane nie tylko sprawia żadnych ustaleń o aktualnie dostępnych fizyki na energie, to sprawia,
brak przewidywania o tym, co będzie się działo w LHC energii, czy o to chodzi w każdej energii, bez względu na to, jak wysoko.
Próby wykorzystania teorii strun do prognozy na temat kosmologii, używając aspektów teorii strun, które mogą być
odpowiednie do skali energii Wielkiego Wybuchu, prowadzonym na dokładnie tych samych problemów, które uniemożliwiają jednej z co
przepowiednie o fizyce cząstek w znacznie niższych energiach.
Na trudności
Historia rozwoju teorii strun jest niezwykły jeden, bez rzeczywistego równolegle w ostatnich
Historia spekulacyjnych wyobrażeń o fizyce. Do tej pory dziesiątki tysięcy dokumentów zostały napisane na ten temat, oraz
każdy student wejściem pole stoi trudne zadanie spędzeniu wielu lat próbują opanować nawet część tego
literatura. Większość prac na teorii strun używa dość rozbudowane matematyki, pewnego rodzaju, że nawet najbardziej
matematycy nie zna. Dla każdego, kto nie spędził lata poznanie zagadnień,
Zadaniem oceny, czy postęp w kierunku rozwiązania centralne trudności jest trudne jeden.
Kwantowa teoria pola jest już na wiele sposobów najtrudniejszy temat w konwencjonalnej fizyki teoretycznej.
To także oferuje obecnie ogromną literaturę i wiele pytań pozostaje otwartych o nawet najprostsze fizycznie istotne
Przykładami takich teorii. Szeroka gama wysoce zaawansowanych technik matematycznych zostały wykorzystane do badania
jeden lub więcej aspektów zachowania pola kwantowej. Teoria ciąg w pewien sposób jest jeszcze bardziej skomplikowane, ponieważ
Fundamenty temat nie są jeszcze znane, ale przedmiotem szerokiej gamy różnych hipotez na podstawie szerokiej gamy
różnego rodzaju obliczeń. Konstrukcje stosowane, aby spróbować nawiązać kontakt z Modelu Standardowego ma
stają się coraz bardziej skomplikowane w miarę upływu czasu, dodając kolejny źródło trudności.
Badanie obu kwantowej teorii pola i teorii strun pojawia się nieustannie przed granicach
intelekt ludzki. Niektóre zrozumienie kwantowej teorii pola prowadzi do uznania za jak potężne jego
ostatecznie testowany wglądy w naturę są. Mogą one być początkowo trudne do przyswojenia, ale ostatecznie znajdujemy
że podstawowe koncepcje obiektu są właściwie rozumiane, proste, jeśli w ogóle nie intuicyjnie oczywiste. Thissort uznania prowadzi naturalnie do sympatii do pewnej formy elitarności: to nie jest przedmiotem naprawdę dostępne
do dużej liczby osób, zwłaszcza tych, którzy nie do nie mają czasu i energii poświęcić na długie i poważne
Studium. Moja krytyka teorii strun w ciągu ostatnich kilku lat uczynił mnie wielu fanów, którzy są przekonani, że
nie jest potrzebne wyrafinowana matematyka poprawnie zrozumieć podstawową fizykę, a to dlatego ciąg
Teoria musi być nie tak. Są często nieszczęśliwi, aby usłyszeć, że nie zgadzam się z nimi, że myślę, że cząstki
fizyka prawdopodobnie potrzebuje jeszcze więcej matematyki na wysokim poziomie abstrakcji i trudności intelektualnej.
Fizyka impas osiągnął w ostatnich latach pojawia się bardzo realne pytanie, czy ludźmi
w końcu pojawią się na poczet limitów dotyczących ich zdolności do zrozumienia wszechświata. Podobnie jak pies nie może być
przeszkoleni, aby zrozumieć teorię Einsteina ogólnej teorii względności, być może mamy tak mało nadziei jak psa
zrozumienie teorii, która wyjaśnia te pytania pozostawione bez odpowiedzi przez Model Standardowy.
Point of View z innej Nauki: Matematyka
Moje własne przekonanie, że fizycy jeszcze drogi pójść przed uruchomieniem do konieczności pracy z
teorie nie są w stanie zrozumieć, i to jest w oparciu o moje doświadczenia w tym powiązanych z nauką,
matematyka. Trudność intelektualnej wynikające ze stosowania wysokich poziomach abstrakcji jest znacznie większy w
niektóre podpola matematyki niż w każdej dziedzinie teorii strun. Ogromny postęp oparty na głębokich spostrzeżeń na
Podstawy przedmiotu charakteryzuje również matematykę w ciągu ostatniego stulecia, pozostawiając często najtrudniejsze
problemy nierozstrzygnięte. W ciągu ostatnich dwóch dekad matematycy nadal czyni bardzo istotne
postęp w tych problemów. W 1993 roku Andrew Wiles ogłosił dowód Wielkie Twierdzenie Fermata, rozwiązywania
Problem, który pozostał niewykonalna dla ponad trzech wieków. Jego dowód stosować szeroką gamę wyrafinowanych
nowoczesne metody, rozwijając kilka nowych. Jeszcze pięć lat temu, Grigorij Perelman umieszczane na arXiv
Serwer preprint zestaw dokumentów przedstawiając dowód na Hipoteza Poincarégo, najsłynniejszej nierozwiązany problem w
topologia, który datuje się od ponad wieku. Zarówno Wiles i Perelman intensywnie pracował przez siebie na
siedem lat lub więcej wymyślić zaliczek potrzebnych w ich pracy. Chociaż niektóre aspekty matematyki
stają się coraz bardziej trudne, jak się rozwiązać problemy łatwiejsze i trudniejsze te pozostają, matematycy nadal
ten dzień, aby wymyślić nowe pomysły i przyśpieszyć swoją wiedzę w dziedzinach, które wieki poprzednie
Praca opuścił niedostępne.
Najważniejsze, że wyróżnia się matematyki z fizyki i innych nauk jest inna rola
eksperyment. Matematycy nie wyglądają w prawdziwym świecie przetestować swoje teorie, zamiast polegać na rygorystycznie jasne
argumentacji i logika. Dowód Wiles nie może mieć ani potrzebuje testu eksperymentalnego. Choć czasem
matematycy czerpać inspirację z fizyki lub wzorów obserwowanego obliczeniowo, częściej co napędza
Postęp matematyczny jest wewnętrzna logika przedmiotu. Jeśli można zrozumieć formalizm matematyczny dobrze
na tyle, na tyle głębokim poziomie, można zobaczyć, co może zrobić, a czego nie może zrobić. Z tym jednym czasem zobaczyć sposoby
go zmodyfikować lub wymyślać nowe pomysły, które będą w stanie rozwiązać problemy, które stara formalizm nie mógł czynienia.
Ten rodzaj badań wymaga, aby zwrócić szczególną uwagę na kwestię dokładnie co to jest, że rozumie, i
jakie pomysły wciąż nie zostały dokładnie przemyślane.
Fizycy nigdy nie miałem wiele z konieczności tego rodzaju rygorystycznych jasność myśli, ponieważ mają
zawsze miał eksperyment ostatecznie uporządkować to, co działa, a co nie. Teoria strun jest przedmiotem
realizowane w sposób, który zawsze pracował dla fizyków teoretycznych w przeszłości: nie przejmuj się zbytnio, gdy rzeczy nie są
zupełnie sensu, tylko przeć na budowaniu domysły na domysłach, próbując dostać się do punktu, w którym
konkretne i sprawdzone połączenia eksperymentować można budować, zapewniając jedną z twardym podłożu, aby stanąć. Ponieważ cząstki
Teoria wchodzi nowe środowisko, w którym wyniki doświadczalne są znacznie trudniejsze do zdobycia, to może trzeba się nauczyć
z matematyków, jak pracują w znacznie bardziej skrupulatnych sposób zwracając uwagę na to, co może być zbudowany solidnie
bez polegania na zatwierdzeniu przez eksperymentu.

Lekcja może się nauczyć od Wiles i Perelman, który pokazał, jaki rodzaj wysiłku jest długoterminowy
na ogół potrzebne do fundamentalnej zaliczkę przed trudnym problemem. Obecna organizacja badań
w fizyce stawia najlepszych młodych ludzi w sytuacji konieczności szybko okazać się, aby na rezultaty
Skale czasowe za rok lub dwa w większości, jeśli chcą pozostać zatrudniony. W późniejszych etapach kariery, nawet z
kadencji, ciśnienie wniosków o dotacje nadal zniechęcają wielu od dokonywania tego rodzaju zobowiązania do
Program badawczy niepopularna spekulacyjne, które mogą być potrzebne do osiągnięcia postępu.

Nie ma potrzeby powodem świecie być w ten sposób, ale doświadczenie pokazuje, że podstawowe idee
na temat matematyki i fizyki są głęboko łączność i powiązane. Brakuje inspiracje z eksperymentu,
fizycy mogą uznać, że szukając jej w matematyce jest jednym z niewielu ulic zostawił otwarte. Rozwój Einsteina
z ogólnej teorii względności jest jednym z przykładów, gdzie tego rodzaju wysiłek opłacił się, ponieważ jego intensywne geometria zaangażowanie withRiemannian pokazał mu drogę do odpowiednich równań pola. W tym samym czasie jego niewydolność w późniejszym życiu dostać się gdziekolwiek z geometrycznie inspirowanych prób unifikacji grawitacji i elektrodynamiki pokazuje, że każda
Szczególny wysiłek w tym kierunku może równie dobrze być błędne i nie wyszło.

Zamykanie Myśli
Może być, że stosunkowo szybko, być może w 2010 roku, nieoczekiwane wyniki z LHC pojawi się i pokaż
fizycy cząstek wskazują drogę do przezwyciężenia ograniczeń Modelu Standardowego i znaleźć nowe spojrzenie na
fundamentalne prawa wszechświata fizycznego. Jeśli tak, fizyka cząstek może szczęśliwie wrócić, przynajmniej na chwilę, do podejmowania
Postęp w sposób nie wykryto owocne w przeszłości. Ale jest to również możliwe, że zbyt LHC nauczy nam nic
więcej niż wartość pozostałej jednej nieznanego parametru Modelu Standardowego, odkrywając tylko cząstkę Higgsa
z oczekiwanych właściwości. Można argumentować, że w tym momencie w historii, to najlepiej nic nie robić i po prostu poczekać i
zobacz. Wydaje mi się, że lepsze wykorzystanie czasu będzie spędzać go do góry do problemów i awarii, które mają
nękane temat dla ostatnich kilku dekad, co prowadzi do lepszego przygotowania do absorpcji bez względu lekcji nie będzie
będzie uczyć się w najbliższych latach.
W ciągu ostatnich kilku lat nastąpił wzrost o coś znacznie gorszego dla fizyki cząstek niż okres zastoju.
Zamiast uznania porażki na bazie teorii strun zjednoczenia, wybitni teoretycy zaczęli mocno
promowanie pretekst do tego błędu, twierdząc, że podstawowym fizyki musi przyjąć nowy paradygmat, który daje się na
co konwencjonalne prognoz naukowych. Na pewno jest logicznie możliwe, że nasz wszechświat jest niewielka część
wieloświata i że pewne aspekty naszych podstawowych praw fizycznych nie są uniwersalne, ale cechy warunkowe
naszego środowiska lokalnego. Dla takich przypuszczeń, by zasłużyć na miano naukowych, musi pochodzić z normą
rodzaj dowodów naukowych, lub wiarygodnej pomysł o tym, jak można by się kiedyś znaleźć takie dowody. Zwolennicy
wieloświat dostarczyły nie, co ich proponowanego nowego paradygmatu nic mniej niż atak na naukę
Sam. Ludzkość może prędzej czy później osiągnie granice tego, co jest w stanie zrozumieć o wszechświecie, ale nie jest
dowody, że jesteśmy jeszcze tam. Obecnie modne roszczenia do przeciwnie odzwierciedlają jedynie bardzo inny rodzaj
Ograniczenie człowieka, że ​​musi być nie chcą zmierzyć się z awarią cenionych pomysł.

Comments are closed.