В стенах Королевского института (The Royal Institution) состоялось обсуждение фундаментальных основ мироздания с участием известного физика-теоретика Шона Кэрролла. В ходе сессии вопросов и ответов ученый объяснил, почему общая теория относительности (ОТО) до сих пор не считается «законом», в чем заключаются ошибки Эйнштейна и почему наше понимание Вселенной, несмотря на колоссальный прогресс, все еще ограничено лишь пятью процентами её содержания.
📜 Теория или закон: путаница в научной терминологии 0:04
Один из первых вопросов слушателей коснулся статуса общей теории относительности: если она настолько точно предсказывает орбиту Меркурия, используется в GPS-навигации и подтверждена обнаружением гравитационных волн, почему она всё ещё называется «теорией», а не «законом» ?
Шон Кэрролл утверждает, что такие термины, как «закон», «теория», «модель» или «гипотеза», в современной науке практически утратили свое иерархическое значение . По его словам:
- Терминологическая инерция: Ученые не занимаются обновлением названий. «Закон всемирного тяготения Ньютона» звучит солиднее, чем «Стандартная модель физики элементарных частиц», хотя последняя гораздо глубже и точнее описывает реальность .
- Отсутствие порога: В науке не существует формального рубежа, после которого «маленькая гипотеза» вырастает в «теорию», а затем становится «законом» .
- Несовершенство ОТО: С технической точки зрения общая теория относительности не может быть окончательным «законом», так как она является классической, а не квантовой теорией. По мнению Кэрролла, ничто из того, что человечество знает о Вселенной сегодня, нельзя в строгом смысле считать абсолютным законом .
🌌 Проблема «невидимой» Вселенной: 95% неизвестности 1:42
Несмотря на триумф эйнштейновских уравнений, они не дают полной картины мира. Кэрролл выделил ключевые пробелы, которые физикам еще предстоит восполнить :
- Примирение ОТО и квантовой механики: Уравнения работают в определенных режимах, но «пасуют» перед сингулярностями внутри черных дыр или в момент Большого взрыва .
- Темная материя и темная энергия: Эти субстанции составляют 95% Вселенной, но их природа остается неясной.
- Барионная асимметрия: Преобладание материи над антиматерией до сих пор не имеет исчерпывающего объяснения .
Кэрролл вспомнил случай на радиошоу «Science Friday», где ведущий Айра Флэтоу спросил, не стыдно ли космологам понимать лишь 5% Вселенной . Ученый парировал, что понимание даже этих 5% — это выдающееся достижение, учитывая, что всего сто лет назад люди не знали о расширении Вселенной и не имели законченной квантовой механики .
По мнению физика, решение задачи по объединению гравитации и квантового мира неизбежно приведет к ответам на вопросы о темной энергии и происхождении космоса .
⏳ Почему у времени лишь одно измерение? 6:39
Отвечая на вопрос о возможности существования нескольких временных измерений, Кэрролл объяснил, почему природа, скорее всего, ограничила нас одним :
- В одномерном времени возможен только один тип движения — «вперед» (в определенном смысле).
- Если бы у времени было два измерения (как плоскость), это позволило бы двигаться по кругу. В такой Вселенной путешествия во времени стали бы тривиальной задачей .
- По мнению гостя, наличие более чем одного временного измерения, вероятно, несовместимо с существованием стабильных и последовательных физических законов. Хотя физики пытались строить такие модели, ни одна из них пока не увенчалась успехом .
🕳️ Черные дыры и наше место в космосе 10:02
Слушатели поинтересовались: может ли наша Вселенная сама находиться внутри гигантской черной дыры? Кэрролл признал, что в теоретической физике на вопрос «возможно ли это?» почти всегда можно ответить «да» . Однако есть нюансы:
- Черная vs Белая дыра: Черная дыра — это область, которую нельзя покинуть и где в будущем ждет сингулярность. Наша Вселенная больше похожа на «белую дыру» (черную дыру наоборот), так как у нас была сингулярность в прошлом (Большой взрыв) .
- Вложенность: Математически ничто не мешает поместить маленькую черную дыру внутрь большой. Внешний наблюдатель этого не заметит, но «чувство выполненного долга» у экспериментатора останется .
🤖 Искусственный интеллект в науке: инструмент, а не коллега 11:48
Обсуждая роль ИИ в будущих прорывах, Шон Кэрролл выразил определенный скептицизм относительно творческих способностей нейросетей .
По его мнению, текущее поколение больших языковых моделей (LLM) не обладает «моделью мира». У них в памяти нет символов, представляющих гравитацию или пространство; они лишь обучены связывать слова в правдоподобные цепочки .
Кэрролл утверждает, что ИИ сегодня хорош в интерполяции (обобщении известного), но не в экстраполяции (создании принципиально нового). «Вы же не дадите карманному калькулятору бессрочный контракт (tenure) на кафедре математики», — пошутил он, добавив, что ИИ будет полезен физикам так же, как и вычислительная техника, но не заменит теоретика .
🕸️ Квантовая запутанность и «призрачное дальнодействие» 14:02
Кэрролл коснулся темы квантовой запутанности и парадокса Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР). Суть явления в том, что частицы могут быть связаны: измерив спин одной, мы мгновенно узнаем спин другой, даже если она находится в четырех световых годах .
Это выглядит как нарушение принципов относительности, но, как подчеркнул ученый, «буква закона» не нарушается, так как никакая полезная информация не передается быстрее света .
У Кэрролла есть «горячая гипотеза» (hot take): он полагает, что в фундаментальных законах физики локальность (то, что события в одной точке не влияют мгновенно на другую) вообще не заложена . По его мнению, локальность — это эмерджентное (вторичное) свойство, которое возникает из более глубокой квантовой реальности пространства-времени .
🌊 Гравитационные волны и ошибки Эйнштейна 20:25
В завершение лекции Кэрролл напомнил, что даже Эйнштейн совершал ошибки, особенно в вопросе существования гравитационных волн .
В 1930-х годах Эйнштейн отправил статью в журнал Physical Review, утверждая, что гравитационных волн не существует (он считал их математической ошибкой в выборе координат) . Редактор впервые в истории применил процедуру рецензирования, и анонимный рецензент нашел в рассуждениях гения ошибку.
Эйнштейн пришел в ярость, заявив: «Я посылал статью для публикации, а не для рецензирования», и больше никогда не публиковался в этом журнале . Тем не менее рецензент (им оказался физик Робертсон) был прав. Позже Ричард Фейнман наглядно доказал реальность волн с помощью мысленного эксперимента с кольцами на металлическом стержне: если волна двигает кольца, значит, она совершает работу и обладает энергией .
Сегодня детектор LIGO фиксирует эти волны, подтверждая правоту ОТО, несмотря на первоначальные сомнения самого автора теории. Кэрролл возлагает большие надежды на новые методы детекции, использующие пульсары, что открывает «совершенно новый способ изучения астрофизики» .
