Simli peyzaj nazariy potentsialga to'la bo'lgan g'oyaviy g'oya bo'lishi mumkin, ammo u bizning Koinotimizda ko'rishimiz mumkin bo'lgan biron narsani oldindan aytib berolmaydi.

Nazariy fizika bizning eng yaxshi tirik ongimizni behuda narsalarga sarf qiladimi?

Nazariya, agar tajriba bilan rozi bo'lmasa, xato qilib bo'lmaydigan darajada go'zal narsa yo'q.

Fizika tarixi standart model, Katta portlash, umumiy nisbiylik va boshqalar kabi siz eshitgan ajoyib g'oyalar bilan to'ldiriladi. Ammo u Sakata Model, Technicolor nazariyasi, Barqaror shtat modeli kabi siz ilgari eshitmagan ajoyib g'oyalar bilan to'ldirilgan. va plazma kosmologiyasi. Bugungi kunda bizda juda moda bo'lgan nazariyalar mavjud, ammo ular uchun hech qanday dalilsiz: supersimetriya, ulkan birlashma, simlar nazariyasi va ko'p qirrali.

Dala tuzilishi, g'oyalar to'plamiga singib ketganligi sababli, ushbu mavzularga yo'naltirilgan nazariy yuqori energiyali fizika bo'yicha karyeralar ko'pincha muvaffaqiyatli bo'ladi. Boshqa tomondan, boshqa mavzularni tanlash uni yolg'iz yurishni anglatadi. "Go'zallik" yoki "tabiiylik" g'oyasi uzoq vaqt davomida fizikada etakchi printsip bo'lib kelgan va bizni shu narsaga olib kelgan. Sabine Hossenfelder o'zining "Lost In Math" nomli yangi kitobida ushbu tamoyilga amal qilish bizni adashtiradigan narsa ekaniga ishonarli dalillar keltiradi.

Lost In Math yangi kitobida ba'zi bir g'oyaviy g'oyalar, shu jumladan nazariy fizika guruhlarga bo'linib ketganligi va ularning g'oyalarini haqiqatning qattiq nurlari bilan qarama-qarshi qo'yishning imkoni yo'q, degan tushunchalar mavjud. . (Sabine Hossenfelder / Asosiy kitoblar)

Tasavvur qiling-a, sizga ikki milliarderni ro'yxatidan olib tashlash va ularning sof boyliklari farqini taxmin qilish muammosi berildi. Tasavvur qiling, ular anonim bo'lib, qaysi biri ko'proq qiymatga ega ekanligini, Forbes milliarderlari ro'yxatida qayerda joylashganligini yoki hozirgi paytda ularning bittasi aslida qanchaga tushishini bilmaysiz.

Birinchisini A, ikkinchisini B va ularning orasidagi farqni C deb atashimiz mumkin, bu erda A - B = C. Hatto ular haqida boshqa biron bir ma'lumotga ega bo'lmagan holda ham C to'g'risida bitta muhim narsani aytib o'tish mumkin: bu dargumon. A yoki B ga nisbatan ancha kichikroq bo'ladi. Boshqacha qilib aytganda, agar A va B ikkisi milliardlab dollarlarda bo'lsa, u holda C milliardga, ​​yoki kamida yuzlab millionlarga tushishi mumkin.

Umuman olganda, siz ikkita katta raqamga ega bo'lsangiz va ularning farqini olsangiz, farq asl raqamlar bilan bir xil bo'ladi. (E. Sigel / Forbesdan olingan ma'lumotlar)

Masalan, A Pat Patyker (ro'yxatda № 703) bo'lishi mumkin, aytaylik, $ 3,592,327,960. Va B bo'lishi mumkin Devid Geffen (# 190), $ 8,467,103,235. Ularning orasidagi farq yoki A - B, keyin - $ 4,874,775,275. C musbat yoki manfiy bo'lgan 50/50 zarbaga ega, ammo ko'p hollarda u ikkala Aand B ning ham kattalik tartibiga (10 yoki undan ko'p faktor atrofida) ega bo'ladi.

Ammo har doim ham bo'lmaydi. Masalan, dunyodagi 2200 dan oshiq milliarderlarning aksariyati 2 milliard dollardan kamroq mablag'ni sotib olishadi va 1 milliarddan 1,2 milliard dollargacha bo'lgan yuzlab odamlar bor. Agar siz ulardan ikkitasini tasodifiy tanlab olgan bo'lsangiz, ularning sof qiymatidagi farq atigi bir necha o'nlab million dollarni tashkil etgan bo'lsa, bu sizni hayratda qoldirmaydi.

Tadbirkorlar Tayler Uinkvoss va Kameron Uinkvoss Bitcoinni Mariya Bartiromo bilan 2017 yil 11 dekabr kuni FOX Studiyasida muhokama qilishdi. Dunyodagi birinchi

Ammo, agar ular orasidagi farq atigi bir necha ming dollarni tashkil qilsa yoki nolga teng bo'lsa, bu sizni hayratda qoldirishi mumkin. “Qanday ehtimollik bilan”, deb o'ylaysiz. Ammo bu hammasi bo'lishi mumkin emas.

Axir, siz qaysi milliarderlar ro'yxatida bo'lganingizni bilmayapsiz. Birinchi Winkvoss egizaklari - Kemeron va Tayler, birinchi Bitcoin milliarderlari - bir xil sof qiymatga ega ekanliklarini bilib hayron bo'lasizmi? Yoki Collison aka-uka Patrik va Jon (Stripe hammuassisi) bir necha yuz dollarga teng edimi?

Yo'q. Bu ajablanarli emas va ko'p sonlar haqida haqiqatni ochib beradi: agar A katta bo'lsa va B katta bo'lsa, unda A - B ham katta bo'ladi ... lekin A ning biron bir sababi bo'lsa, bo'lmaydi. va B juda yaqin. Ko'rinib turibdiki, milliarderlarning tarqalishi mutlaqo tasodifiy emas va shuning uchun bu ikkita bog'liq bo'lmagan tuyulgan narsalar aslida bir-biriga bog'liq bo'lishi mumkin. (Kollizonlar yoki Winkvosses misolida!)

Standart modelning kvark va leptonlari massalari. Eng og'ir standart model zarrasi eng yuqori kvarkdir; eng engil neytrino elektrondir. Neytrinolarning o'zi elektrondan kamida 4 million marta engilroq: boshqa barcha zarralar orasidagi farqdan katta farq. Masshtabning boshqa oxirida, Plank shkalasi 10h GeV.Hitoshi Murayama (http://hitoshi.berkeley.edu/) ni oldindan belgilab qo'yadi.)

Xuddi shu xususiyat fizikada ham amal qiladi. Elektron, biz Yerda topadigan atomlarni tashkil etadigan eng engil zarra, eng og'ir standart Model zarrasi bo'lgan yuqori kvarkdan 300000 marta kamroq massaga ega. Neytrinlar elektronga qaraganda kamida to'rt million baravar engilroq, Plank massasi - olam uchun «tabiiy» energiya shkalasi esa, yuqori kvarkdan 10 than (yoki 100.000.000.000.000.000) marta og'irroqdir.

Agar siz ushbu massalar nega bunchalik boshqacha bo'lishi kerakligini biron bir asosiy sababini bilmasangiz, unda buning biron bir sababi bor deb o'ylaysiz. Va, ehtimol, bittasi bor. Fikrlashning bu turi nozik sozlash yoki "tabiiylik" dalili sifatida tanilgan. O'zining sodda shaklida, koinotning turli xil xususiyatlariga ega bo'lgan tarkibiy qismlari ular o'rtasidagi farqlarga ega bo'lishi kerakligi uchun qandaydir fizik tushuntirish bo'lishi kerakligini aytadi.

Simmetriya tiklanganda (potentsialning yuqori qismida), birlashma sodir bo'ladi. Biroq, tepalikning pastki qismida simmetriyalarning sinishi bizda mavjud bo'lgan Koinotga to'g'ri keladi va u yangi zarrachalarning yangi turlari bilan to'la. Hech bo'lmaganda, ba'zi dasturlar uchun. (Luis Alvarez-Gaume va John Ellis, Tabiat fizikasi 7, 2–3 (2011))

20-asrda fiziklar tabiiylik dalillarini juda katta samaraga keltirishdi. Masshtabdagi katta farqlarni tushuntirishning bir usuli yuqori energiyalarga simmetriya kiritish va undan keyin uni pastroq energiyada sindirishning oqibatlarini o'rganishdir. Ushbu mulohazadan, xususan zarrachalar fizikasi sohasida bir qator ajoyib g'oyalar paydo bo'ldi. Elektrokok kuchidagi o'lchov bosonlari, Xiggs mexanizmi singari va shu kabi bir necha yil oldin tasdiqlangan Xiggs bosoni natijasida paydo bo'lgan. Butun Standart Model ushbu nosimmetrikliklar va tabiiylik argumentlari asosida qurilgan va tabiat bizning eng yaxshi nazariyalarimizga rozi bo'lgan.

Standart Modelning zarralari va antipartikullari endi to'g'ridan-to'g'ri aniqlandi, oxirgi ushlash - Xiggs Boson bu o'n yillikning boshida LHC ga tushib ketdi. (E. Sigel / Galaktika ortida)

Yana bir katta muvaffaqiyat kosmik inflyatsiya edi. Biz ko'rib turgan olamni yaratish uchun olam boshlang'ich bosqichlarida juda yaxshi sozlangan bo'lishi kerak edi. Kengayish tezligi, fazoviy egrilik va uning tarkibidagi materiya va energiya miqdori o'rtasidagi muvozanat g'ayritabiiy bo'lishi kerak edi; bu g'ayritabiiy emas ko'rinadi. Kosmik inflyatsiya buni tushuntirish uchun taklif qilingan mexanizm edi va shu vaqtdan beri uning ko'plab bashoratlari tasdiqlandi, masalan:

  • deyarli o'zgarmas dalgalanma spektri,
  • gorizontning haddan tashqari kattaroqligi va og'irligi mavjudligi,
  • tabiatda adyabatik bo'lgan zichlik kamchiliklari bilan
  • va Katta portlash olamidan keyingi erta haroratda yuqori chegara.
Inflyatsiya paytida yuzaga keladigan kvant tebranishlari olam bo'ylab cho'zilib ketadi va inflyatsiya tugashi bilan ular zichlikdagi tebranishlarga aylanadi. Bu vaqt o'tishi bilan bugungi kunda koinotdagi keng ko'lamli tuzilishga, shuningdek CMBda harorat o'zgarishiga olib keladi. (E. Siegel, CMB tadqiqotlari bo'yicha ESA / Plank va DoE / NASA / NSF idoralararo ishchi guruhidan olingan rasmlar bilan)

Ammo bu tabiiylik dalillarining muvaffaqiyatlariga qaramay, ular har doim ham o'z mevasini bermaydilar.

Kuchli parchalanish davrida juda kam miqdordagi CP-buzilishi mavjud. Taklif etilgan echim (Peccei-Quinn simmetriyasi deb nomlanuvchi yangi simmetriya) o'zining yangi bashoratlari nolga teng edi. Eng og'ir zarracha va Plank shkalasi (ierarxiya muammosi) o'rtasidagi massa farqi supersimetriya uchun turtki bo'lgan; yana, bashoratlari nolga teng edi. Standart Modelning g'ayritabiiyligi Grand Unification ko'rinishidagi yangi simmetriyalarga olib keldi va yaqinda String Nazariyasi (yana) ularning bashoratlari tasdiqlanmagan. Va kosmologik doimiyning g'ayritabiiy ravishda past, ammo nolga teng bo'lmagan qiymati, hatto sinovdan o'tkazib bo'lmaydigan aniq turdagi multivertsiyalarni bashorat qilishga olib keldi. Bu, albatta, tasdiqlanmagan.

Standart Model zarralari va ularning supersimetrik kontragentlari Ushbu zarrachalarning 50% ostida biroz kashf etilgan va shunchaki 50% ular hech qachon o'zlarining izlarini ko'rsatmagan. LHC-da I va II Runlardan so'ng SUSY uchun juda ko'p parametr parametrlari, shu jumladan

O'tmishda bo'lganlardan farqli o'laroq, ushbu o'lik kashshoflar etakchi nazariyotchilar va eksperimentalistlar tadqiq qilish uchun klasterlarni qamrab olgan sohalarni ifodalaydi. Ikki avlod fiziklari uchun hech qanday natija bermagan bu ko'r-ko'rona xiyobonlar, ehtimol haqiqatdan butunlay uzilib qolgan bo'lishiga qaramay, mablag 'va e'tiborni jalb qilishda davom etmoqda. Sabine Hossenfelder o'zining "Lost In Math" nomli yangi kitobida bu inqirozni boshdan kechirmoqda va asosiy olimlar, Nobel mukofoti laureatlari va kontraktsionerlar bilan suhbatlashdi. Siz uning tushkunligini, shuningdek, u bilan gaplashadigan odamlarning tushkunligini his qilishingiz mumkin. Kitob “ha, tabiatan qanday sirlarni o'ylab topishga imkon beramiz?” Degan savolga javob berib, “ha!” Deb javob beradi.

SU (5) birlashishi kabi ulkan birlashgan nazariyalarga xos bo'lgan boson va piyodalarga qarshi bosimlar o'rtasidagi assimetriya bizning Koinotimizda kuzatganimiz kabi materiya va antimateriya o'rtasida fundamental assimetriyani keltirib chiqarishi mumkin. Ammo protonning eksperimental barqarorligi eng oddiy SU (5) GUT larni bekor qiladi. (E. Sigel)

Kitob vahshiyona, chuqur o'ylangan va o'qib, ushbu sohada aqlli odamni hanuzgacha introspektsiya qilishga qodir bo'lgan odamni shubha ostiga qo'yadi. Hech kim o'z fikrlarini xayoliy fantaziyani ta'qib qilib, o'z hayotlarini behuda sarflash imkoniyatiga duch kelishni yoqtirmaydi, ammo nazariyotchi bo'lish ham shunda. Tugallanmagan jumboqning bir nechta parchalarini ko'rasiz va to'liq rasm nima ekanligini tushunasiz; ko'p hollarda, siz yanglishyapsiz. Ehtimol, bu holatlarda bizning barcha taxminlarimiz noto'g'ri bo'lgan. Mening eng sevimli almashinuvimda u Stiven Vaynbergdan intervyu oldi, u fizikadagi ulkan tajribasiga asoslanib, nega tabiiylik haqidagi dalillar nazariy fiziklar uchun yaxshi qo'llanma ekanligini tushuntiradi. Ammo u bizni ular ilgari yechishga muvaffaq bo'lgan muammolar sinflari uchun yaxshi g'oyalar ekanligiga ishontirishga muvaffaq bo'ladi. Mavjud muammolarni hal qilishda yaxshi qo'llanma bo'lishiga kafolat yo'q; Aslida ular aniq bo'lmagan.

Strabi nazariyasining ortiqcha, istalmagan o'lchamlarini siqishning mashhur usullaridan biri - Calabi-Yau ko'p qirrali 2-darajali proektsiyasi. Maldacena taxminida aytilishicha, anti-Sitter makoni matematik jihatdan bir-biriga mos kelmaydigan kosmik nazariyalarga nisbatan kichikroq hajmga ega. Bu bizning olam fizikasi uchun hech qanday ahamiyatga ega bo'lmasligi mumkin. (Wikimedia Commons foydalanuvchisi tushlik)

Agar siz zarrachalar fizikasi, simlar nazariyasi mutaxassisi yoki fenomenolog bo'lsangiz - ayniqsa siz kognitiv dissonansdan aziyat cheksangiz - bu kitob sizga yoqmaydi. Agar siz nazariy fizikaning yorituvchi nuri bo'lgan tabiiylikka chin imonli bo'lsangiz, ushbu kitob sizni juda g'azablantiradi. Ammo, agar siz "biz buni noto'g'ri qilyapmizmi" degan katta savol berishdan qo'rqmaydigan odam bo'lsa, javob katta, noqulay "ha" bo'lishi mumkin. Aql-idrokli fiziklar biz bilan yashagan. bu o'nlab yillar davomida ushbu noqulaylik. Sabinning Lost In Math kitobida ushbu noqulaylik endi bizning qolganlarimizga ma'lum.

* - To'liq oshkor qilish: Ethan Siegel Lost In Mathning taqriz nusxasini bepul oldi.

Portlash bilan boshlanadi, endi Forbesda va Patreon tarafdorlari tufayli O'rta nashrda qayta nashr etiladi. Ethan "Galaktikadan tashqari" va "Treknologiya" nomli ikkita kitobning muallifi: Tricorders dan Warp Drive-ga qadar Star Trek haqida fan.