Почему возить людей в космос глупо, а Вселенная постижима

«Перевозить человеческие тела по космосу — это просто глупо», — утверждает физик Фрэнк Вильчек. Наш разум способен разгадать устройство Вселенной от элементарных точек-кварков до загадочных аксионов, но для освоения далеких галактик людям придется отказаться от биологической оболочки в пользу цифрового разума. На стыке квантовой хромодинамики и философии нобелевский лауреат раскрывает, как из хаоса ранней плазмы родились сложность, человеческое сознание и иллюзия свободы воли.

🌌 Гармония космоса: от математической красоты к масштабам разума 1:05

Постижимость Вселенной: величайший подарок физики 1:05

Вопрос о том, что является самой красивой идеей в физике, неизбежно приводит к фундаментальному осознанию: наша Вселенная постижима . Как отмечает Фрэнк Вильчек (Frank Wilczek) в беседе с Лексом Фридманом (Lex Fridman), величайшее чудо заключается в возможности получить лаконичное, точное и полное описание мира на уровне его «операционной системы» . Физики испытывают искреннее беспокойство, когда обнаруживают расхождение между теоретическими предсказаниями и наблюдениями даже в одну миллиардную долю .

Этот глубокий триумф науки уходит корнями в научную революцию XVII века и ньютоновскую физику, показавшую, что человеческий разум способен стремиться к предельной точности . Фрэнк Вильчек цитирует знаменитые слова Альберта Эйнштейна о том, что самая непостижимая вещь в мире — это то, что он постижим . Сегодня это подтверждается колоссальным технологическим прогрессом и ростом благосостояния . Поразительно, как абстрактные вычисления на бумаге или компьютерах идеально согласуются с поведением элементарных частиц, регистрируемых гигантскими детекторами и коллайдерами .

Границы редукционизма: от уравнений к эмерджентной сложности 4:26

Несмотря на успехи фундаментальной физики, между знанием базовых законов и пониманием реального мира лежит огромная пропасть . Фундаментальные уравнения описывают динамическую эволюцию систем, но они не диктуют начальные условия . Более того, сама физика указывает на свои внутренние ограничения:

• Внутренний хаос и колоссальная чувствительность к начальным условиям принципиально ограничивают нашу способность предсказывать долгосрочные последствия физических законов .

• Практическая невозможность точных вычислений для сложных систем делает даже задачи прикладной химии — такие как дизайн новых молекул — невероятно сложным вызовом .

• Историческая обусловленность развития Вселенной: физика дает фундамент, но для описания эволюции лягушек, людей и обществ требуются совершенно иные концепции .

Фрэнк Вильчек иронично замечает, перефразируя известное выражение: «Если вы хотите приготовить яблочный пирог с нуля, вам придется создать Вселенную... Но для практических целей гораздо лучше начинать с яблок, а не с кварков» . Простые правила могут порождать невероятную эмерджентную сложность, подобно клеточным автоматам, что ставит под вопрос возможность полного сведения макромира к лаконичным уравнениям . При этом во Вселенной остаются и чисто физические загадки, такие как природа темной материи .

Симметрия: глубинная архитектура природы 9:39

Симметрия — это не просто эстетический принцип, вдохновляющий художников от создателей орнаментов Альгамбры до дизайнеров обоев . В современной физике симметрия превратилась в главный инструмент конструирования фундаментальных теорий . Платон пытался построить атомы из пяти правильных многогранников , но современная наука шагнула далеко вперед, обнаружив куда более мощные и масштабные математические симметрии, управляющие законами микромира . Когда физикам не хватает эмпирических данных из-за экстремальных энергий эксперимента, они полагаются на эстетическую интуицию и красоту математических симметрий — и эти догадки работают .

В биологии симметрия работает как эффективный механизм самосборки. Фрэнк Вильчек приводит в пример простые вирусы: их белковые оболочки часто принимают форму правильных платоновых тел . Причина этого кроется в эволюционной «глупости» вируса: он умеет выполнять лишь одну простую команду — например, создавать пятиугольники и склеивать их одинаковым образом . Повторение простых базовых правил лежит в основе фрактальных структур, таких как капуста романеско , и регулярных нейронных узоров в мозге человека, детально зарисованных великим нейроанатомом Сантьяго Рамоном-и-Кахалем .

Величие разума на фоне космических бездн 18:00

Масштабы Вселенной поражают воображение. Ее возраст оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет . Чтобы визуализировать этот масштаб, Фрэнк Вильчек предлагает сжать всю историю космоса до одного календарного года :

• 1 января, 00:00 — происходит Большой взрыв .

• 25 декабря — на Земле появляются динозавры .

• 30 декабря — происходит их вымирание, открывающее путь млекопитающим .

• 31 декабря, последние минуты суток — разворачивается вся письменная история человечества .

В пространственном отношении наблюдаемая Вселенная простирается на 13,8 миллиарда световых лет , тогда как вся Земля — лишь крошечная доля световой секунды .

Однако эти колоссальные масштабы не делают человека ничтожным . Величие человеческого разума измеряется не физическим объемом, а информационной емкостью . В мозге человека функционируют миллиарды нейронных процессоров . Физик рассчитал примерное количество мыслей, которые человек способен обработать за жизнь . Опираясь на скорость обработки визуальной информации (предельная частота мерцания, при которой мозг воспринимает кадры как непрерывный поток, составляет около 40 кадров в секунду) , Вильчек пришел к выводу, что за одну жизнь мы успеваем пережить миллиарды полноценных, содержательных мыслей . Человек оказывается микрокосмосом, способным вместить в себя понимание огромной Вселенной.

🌌 Отголоски творения: от квантовой пены к космическому разуму 29:09

💥 Новая анатомия Большого взрыва и лазерные датчики космоса 29:09

Когда мы говорим о начале всего, человеческое воображение часто рисует катастрофический взрыв гигантской бомбы, разрывающий первозданную пустоту. Однако, как объясняет Фрэнк Вильчек (Frank Wilczek), эта картина в корне неверна . Большой взрыв был не взрывом в пространстве, а стремительным расширением самого пространства. В те далекие времена вся наша Вселенная представляла собой не пустоту, а однородную, невообразимо горячую и плотную плазму, состоящую из кварков, антикварков, глюонов, фотонов, электронов и позитронов . Если попытаться экстраполировать известные нам уравнения назад во времени, температура стремится к бесконечности, и стандартная физика сталкивается с сингулярностью — моментом, где математические модели просто «ломаются» . Чтобы заглянуть за этот барьер, ученым требуются принципиально новые теоретические подходы.

Поскольку провести прямые эксперименты с эпохой начала времен невозможно, исследователям приходится искать реликтовые сигналы, которые смогли пережить миллиарды лет космической эволюции. Самым чистым и наименее искаженным источником информации о младенчестве Вселенной являются гравитационные волны. В отличие от фотонов реликтового излучения, которые активно взаимодействовали с веществом и несут на себе плотные следы этих столкновений , гравитационные волны проходят сквозь космос практически без помех .

Для улавливания этих тончайших пространственных колебаний физики планируют невероятный по своим масштабам эксперимент. Фрэнк Вильчек с восторгом описывает концепцию космического детектора:

• Размещение группировки искусственных спутников в ключевых точках Солнечной системы на огромном удалении друг от друга.

• Использование прецизионных лазеров для измерения микроскопических колебаний расстояний между этими аппаратами.

• Регистрация сверхдлинных гравитационных волн, рожденных в самые первые мгновения после Большого взрыва .

Такой датчик размером с Солнечную систему станет величайшим технологическим достижением человечества . Проект потребует объединения передовой квантовой оптики, лазерных технологий и теории относительности ради одной цели — удовлетворения фундаментального человеческого любопытства .

🌱 Как квантовый хаос рождает планеты и жизнь 37:00

Переход от абсолютно однородного первичного бульона к невероятно сложному миру, в котором мы живем, кажется почти чудом. Ранее в разговоре собеседники упоминали удивительную простоту фундаментальных законов Вселенной, но именно из этой простоты рождается колоссальное многообразие. Главным двигателем усложнения космоса стали крошечные квантовые флуктуации плотности, составлявшие всего одну десятитысячную долю в первозданной плазме .

Под влиянием гравитации эти ничтожные неоднородности запустили процесс масштабной нестабильности: области с чуть большей плотностью притягивали больше вещества, становясь еще массивнее . В результате комкования материи и последующего излучения энергии вещество остывало, постепенно формируя первые звезды и планетарные системы .

Однако предсказать конкретные очертания получившегося мира с помощью фундаментальной физики невозможно. Уравнения на микроуровне демонстрируют крайнюю чувствительность к начальным условиям — явление математического хаоса . На этом этапе эстафету исследования у физиков перехватывают химики и биологи. Появление жизни стало возможным благодаря уникальным свойствам углерода, способного создавать прочные, но при этом достаточно гибкие молекулярные цепочки и разветвления . Энергия Солнца позволяет деликатно разрушать и перестраивать эти связи, балансируя на грани между стабильностью структуры и возможностью ее изменения.

Размышляя о происхождении человека, Фрэнк Вильчек указывает на глубокую поэтическую связь между микрокосмом и макрокосмом. Древнее индуистское изречение Tat Tvam Asi («То ты art») сегодня обретает строгое научное обоснование: те самые случайные квантовые флуктуации ранней Вселенной являются нашими прямыми физическими предками .

👽 Одиноки ли мы: парадокс технологического разума 43:52

Размышления о сложности неизбежно приводят к вопросу о существовании других разумных цивилизаций. Анализируя эту проблему, Фрэнк Вильчек предлагает разделять возникновение простейшей жизни и эволюцию технологического разума.

Опыт Земли показывает, что как только на планете сформировались подходящие условия — стабильная звезда, умеренная температура и жидкая вода — жизнь зародилась практически мгновенно по геологическим меркам, около 4,5 миллиардов лет назад . Это дает веские основания полагать, что простейшие формы внеземной жизни широко распространены во Вселенной .

Однако появление технологического разума — событие совершенно иного порядка сложности:

• Большую часть своей истории земная жизнь оставалась исключительно одноклеточной.

• Многоклеточные организмы появились лишь около 600 миллионов лет назад .

• Большой мозг с точки зрения эволюции — это дорогостоящая роскошь. Подавляющее большинство существ прекрасно обходились развитыми желудками и не имели мозга вовсе .

• Динозавры доминировали на планете миллионы лет, но их интеллект оставался на уровне современных птиц .

Эволюционный путь к человеку был полон случайных совпадений. Поэтому вполне вероятно, что люди сейчас являются единственной технологической цивилизацией в Млечном Пути . Лекс Фридман (Lex Fridman) замечает, что в попытках понять жизнь мы часто ограничены антропоцентричным видением. В конце этой части беседы собеседники намечают контуры будущей дискуссии о том, как физика классифицирует различные фазы материи и может ли это пролить свет на саму природу живых систем.

🧠 От кристаллов времени к квантовой дополнительности: новые состояния материи и пределы разума 50:06

Границы материального: жидкие и временные кристаллы 50:06

Изучение способности материи организовываться в сложные макроструктуры регулярно ставит перед физиками фундаментальный вопрос: где проходят границы самого понятия «материя»? Фрэнк Вильчек отмечает, что наука постоянно открывает новые фазы и агрегатные состояния вещества . Некоторые из них давно стали привычными, хотя их свойства удивительны. Например, жидкие кристаллы, сочетающие в себе текучесть жидкости и упорядоченность кристаллической решетки, являются ключевым строительным блоком живой природы — именно из них состоят клеточные мембраны .

В последнее десятилетие в физике произошел настоящий прорыв: ученые перешли от изучения статических структур к динамическим системам. Так были открыты временные кристаллы (time crystals) — фазы материи, обладающие выраженной периодической структурой не только в пространстве, но и во времени .

Подобные открытия заставляют ученых переосмыслять базовые термины. В науке это частый процесс: обыденные слова вроде «силы», «энергии» или «симметрии» со временем перерабатываются в строгие математические концепции, обретая собственную жизнь . В этом контексте Фрэнк Вильчек предполагает, что если физика сможет описать устойчивые макроскопические состояния материи, способные к:

• самовоспроизведению,

• направленному развитию,

• активной обработке информации,

то ученые получат полное право классифицировать такие состояния как живые .

Физика самосознания: эволюционная целесообразность обратной связи 53:40

Когда речь заходит о жизни, неизбежно возникает вопрос о природе сознания. Лекс Фридман обращается к концепции панпсихизма — философской идее о том, что любое вещество обладает некоторой долей сознания, что гипотетически позволяет построить своего рода «физику разума» .

Фрэнк Вильчек, однако, призывает отказаться от мистического и расплывчатого понятия «сознание» на ранних этапах научного поиска . С точки зрения методологии физики гораздо продуктивнее исследовать «самосознание» (self-awareness) . В самом простом физическом приближении самосознание эквивалентно понятию обратной связи (feedback): это свойство системы отслеживать свое внутреннее состояние и реагировать на его изменения .

В компьютерных науках эта концепция реализуется через рекуррентные нейронные сети (recurrent neural nets), способные анализировать собственные внутренние процессы . С биологической точки зрения появление такой системы обусловлено эволюционной выгодой. Мозг — чрезвычайно «дорогой» с точки зрения метаболизма орган . Большой мозг требует огромного количества энергии, активного образа жизни и теплокровности .

Поэтому эволюция создала самосознание как инструмент жесткой экономии ресурсов: система не анализирует весь массив входящих сигналов, а оперирует высокоинтегрированной, избирательно отфильтрованной информацией . Избирательное принятие решений «вслепую» (без детального просчета всех физических микросостояний) сформировало то, что мы называем подсознанием . Лекс Фридман дополняет эту мысль примером из робототехники, упоминая свой опыт работы с Boston Dynamics: демонстрация признаков сознания роботом критически важна для улучшения его взаимодействия с людьми .

Пределы человеческого разума и кремниевые помощники в квантовой хромодинамике 1:01:01

Обсуждая границы познания, Лекс Фридман ссылается на исследовательницу Сару Уокер (Sara Walker), которая выражает опасения, что ученые ограничены самой системой, внутри которой находятся: наблюдатель пытается изучить структуру, частью которой является сам .

Фрэнк Вильчек признает наличие ограничений, но не считает их непреодолимым тупиком. Человеческий мозг действительно ограничен в объеме единовременно обрабатываемой информации, но наука всегда находила концептуальные и технологические обходные пути . Например, будучи физически двумерными существами (мы перемещаемся преимущественно по плоскости Земли), люди смогли математически описать трехмерное пространство и даже четырехмерное пространство-время .

Лучшим примером преодоления человеческих ограничений Фрэнк Вильчек называет квантовую хромодинамику (КХД) — теорию сильного взаимодействия, описывающую поведение кварков и глюонов, в формулировании которой он принимал непосредственное участие . Уравнения КХД изящны и многократно подтверждены в ходе высокоэнергетических экспериментов на ускорителях . Однако из-за феномена конфайнмента (удержания кварков) ни один человек в мире до сих пор не смог аналитически, «на бумаге», вывести существование протонов и нейтронов напрямую из уравнений для кварков .

Вместо этого физики обращаются к суперкомпьютерам — «кремниевым друзьям» человечества . Машины способны численно решать уравнения КХД колоссальной сложности, подтверждая, что математическая модель Фрэнка Вильчека идеально воспроизводит наблюдаемый мир . Это доказывает, что при возникновении барьеров для естественного интеллекта комбинация новых математических концепций и вычислительных мощностей позволяет двигаться дальше .

Принцип дополнительности: множество несовместимых истин 1:07:10

Необходимость использовать разные подходы для понимания сложных систем подводит Фрэнка Вильчека к его любимой философской концепции — принципу дополнительности, изначально сформулированному Нильсом Бором . Согласно этому принципу, для полного и адекватного описания реальности одного и того же объекта необходимо использовать разные, порой взаимоисключающие языки описания .

Так, человеческий организм требует физико-химического подхода, если речь идет о медицинских препаратах или воздействии радиации . Но если мы хотим предсказать поведение человека в социуме, физика бесполезна — нам требуются совершенно иные инструменты из области психологии . Обе картины верны, но они несовместимы в рамках одного уравнения.

В квантовой механике этот принцип имеет статус строгой математической теоремы . Состояние электрона полностью описывается его волновой функцией. Но чтобы рассчитать вероятность его нахождения в конкретной точке пространства или определить его импульс (скорость), математический аппарат требует проведения несовместимых друг с другом операций . Это похоже на работу скульптора: вы можете высечь из глыбы мрамора Давида или Венеру Милосскую, но вы не можете сделать и то, и другое одновременно .

Принцип дополнительности тяжело дается человеческому разуму, который интуитивно стремится к поиску абсолютных и простых истин. Именно это неприятие лежало в основе знаменитых многолетних дискуссий между Альбертом Эйнштейном и Нильсом Бором . Эйнштейн до конца жизни надеялся преодолеть квантовую неопределенность, однако его знаменитый мысленный эксперимент Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР) в итоге лишь в очередной раз подтвердил триумф квантовой механики и принципа дополнительности .

🧠 Свобода воли, иллюзия неделимости и кварки на «резиновой ленте» 1:15:08

Свобода воли и детерминизм: две стороны одной реальности 1:15:08

Ранее в разговоре собеседники касались философского принципа дополнительности, разработанного Нильсом Бором. Фрэнк Вильчек предлагает применить этот подход к одной из самых старых загадок человечества — противоречию между свободой воли и физическим детерминизмом . По мнению ученого, свобода воли одновременно является и иллюзией, и реальностью — в зависимости от того, под каким углом на нее смотреть .

История науки — это постоянный урок смирения. Сначала была Коперниканская революция, лишившая Землю статуса центра Вселенной, затем — теория эволюции Чарльза Дарвина, показавшая, что человек не является вершиной творения . Наконец, современная физика демонстрирует, что разум полностью возникает из материи, не требуя никаких мистических «жизненных сил» или бессмертной души .

Принятие этих законов природы приносит интеллектуальное освобождение. Фрэнк Вильчек вспоминает знаменитый исторический анекдот о докторе Сэмюэле Джонсоне и его биографе Джеймсе Босвелле: обсуждая проповедь, кульминацией которой были слова оратора «Я принимаю Вселенную!», Джонсон язвительно заметил: «Черт возьми, ему лучше действительно ее принять!» .

Разрешение парадокса свободы воли лежит в разграничении двух систем описания реальности:

• «Взгляд Бога» (God's eye view): Внешнее, объективное описание физического мира. На этом фундаментальном уровне поведение элементарных частиц, составляющих человеческий мозг, подчиняется строгим детерминированным уравнениям физики .
• «Взгляд изнутри» (Self view): Описание системы собственным процессором сознания. Наш мозг оперирует лишь крошечной частью информации о происходящих в нем процессах . Для субъективного наблюдателя выбор между действиями реален.

С точки зрения закона, психологии и повседневной жизни концепция свободы воли абсолютно необходима . И все же физически наш разум рождается из материи, поведение которой глубоко детерминировано .

Точечная реальность: как существуют фундаментальные частицы 1:22:01

Лекс Фридман задает платоновский вопрос: «Что является самым маленьким объектом во Вселенной, о котором нам известно?» . Ответ Фрэнка Вильчека категоричен: фундаментальные строительные блоки природы — электроны, фотоны и кварки — не имеют внутренней структуры и математически описываются как идеальные геометрические точки .

В физических уравнениях они моделируются как сингулярные концентрации энергии, импульса и углового момента, локализованные в нулевом объеме . В реальности мы не можем применить бесконечную энергию, чтобы измерить абсолютно точное положение частицы, но на фундаментальном теоретическом уровне они остаются точками.

Существование таких объектов определяется через их математическую воспроизводимость и строгие физические свойства:

• Идентичность: Все электроны во Вселенной обладают абсолютно одинаковой массой, спином и зарядом . Именно эта идеальная идентичность делает возможной стабильную химию .
• Изолируемость: Электроны и фотоны можно легко изолировать, переносить и изучать поодиночке .

С кварками и глюонами ситуация сложнее. Из-за особенностей сильного взаимодействия их невозможно вырвать из состава составных частиц — адронов (например, протонов, состоящих из трех кварков и облака виртуальных глюонов) . Однако при сверхвысоких энергиях в коллайдерах кварки на мгновение вырываются на свободу и летят сквозь пространство, оставляя отчетливые следы-треки на детекторах до того, как снова будут захвачены . Именно за теоретическое предсказание этого эффекта Фрэнк Вильчек был удостоен Нобелевской премии .

Асимптотическая свобода и «КЭД на стероидах» 1:27:18

Обычно физические силы ослабевают с расстоянием. Но сильное ядерное взаимодействие ведет себя противоположным образом. Это явление называют асимптотической свободой: чем ближе кварки находятся друг к другу, тем слабее взаимодействие между ними . На сверхблизких расстояниях они ведут себя практически как свободные, не связанные друг с другом частицы .

Физический механизм этого явления объясняется синтезом квантовой механики и теории относительности:

• Энергетический масштаб: Чтобы исследовать сверхмалые расстояния, требуются пробные частицы с колоссальным импульсом, что в рамках теории относительности эквивалентно огромным энергиям .
• Виртуальные частицы: При экстремальных энергиях вакуум начинает бурлить, спонтанно порождая и уничтожая виртуальные кварки и глюоны на микроскопические доли секунды .

Наглядным макроскопическим аналогом асимптотической свободы является обычная резиновая лента . Когда она сжата, она свободно провисает (кварки не чувствуют силы притяжения), но стоит попытаться развести ее концы далеко друг от друга, как натяжение резко возрастает.

В 1973 году Фрэнк Вильчек с коллегами нашел уникальные уравнения, математически описывающие этот процесс, что привело к созданию квантовой хромодинамики (КХД) — теории сильного взаимодействия .

Для объяснения структуры КХД ученый использует сравнение с квантовой электродинамикой (КЭД) . Если в химии и атомной физике ключевую роль играют электроны, обменивающиеся фотонами, то в атомном ядре протоны и нейтроны удерживаются вместе остаточными силами сильного взаимодействия . Фрэнк Вильчек в шутку называет КХД «квантовой электродинамикой на стероидах» : вместо одного электрического заряда здесь действуют три цветовых заряда, а роль единственного фотона играют сразу восемь безмассовых глюонов .

Следствием асимптотической свободы является то, что в условиях экстремально горячей ранней Вселенной вся материя находилась в состоянии кварк-глюонной плазмы . В те далекие времена Вселенная «родилась свободной» , избавившись от сложных химических и ядерных связей, что делает космологические модели ее зарождения удивительно простыми для математического описания.

🌀 Тайна стрелы времени, невидимые аксионы и скепсис вокруг «теории всего» 1:40:42

В фундаментальной физике существуют загадки, которые кажутся чисто академическими, но в итоге приводят к переосмыслению структуры всей Вселенной. В разговоре с Лексом Фридманом выдающийся физик-теоретик Фрэнк Вильчек подробно разбирает одну из таких фундаментальных проблем — нарушение симметрии времени — и объясняет, почему мечта многих ученых о создании «теории всего» может оказаться практически бесполезной для человечества.

⏳ Нарушение симметрии времени и сильная CP-проблема 1:40:42

Чтобы понять, почему Вселенная устроена именно так, физики изучают фундаментальные симметрии. Первыми из них являются C-симметрия (зарядовое сопряжение, превращающее частицы в их античастицы) и P-симметрия (пространственная инверсия, или зеркальное отражение мира) . До середины XX века считалось, что законы природы абсолютно симметричны относительно этих преобразований. Однако эксперименты показали, что в слабых взаимодействиях обе эти симметрии нарушаются .

Поскольку комбинированная CPT-симметрия (объединяющая заряд, четность и время) считается фундаментальным свойством нашей Вселенной , нарушение CP-симметрии эквивалентно нарушению T-симметрии — то есть обратимости времени . Фрэнк Вильчек сравнивает это с кинопленкой: если запустить фундаментальные уравнения вспять, законы физики должны работать точно так же, как и при движении вперед . В 1964 году Джеймс Кронин и Вал Фитч экспериментально доказали, что на микроуровне время все же имеет выделенное направление .

Эта «почти идеальная», но все же нарушенная симметрия времени породила знаменитую сильную CP-проблему . Из двух теоретически возможных механизмов нарушения T-симметрии в рамках Стандартной модели один реально наблюдается, а второй — нет . Почему природа игнорирует вторую возможность, оставалось загадкой .

Решение, предложенное при участии Фрэнка Вильчека, напоминает эволюционную теорию. Вместо того чтобы считать параметр нарушения симметрии постоянной величиной , ученые представили его как динамическое поле . В ранней Вселенной это поле эволюционировало и со временем «улеглось» в состояние, близкое к нулю, что и объясняет практически идеальную симметрию времени .

Однако это поле не застыло окончательно. Его остаточные микроскопические колебания порождают гипотетические сверхлегкие частицы — аксионы . Расчеты показывают, что совокупная масса этого «аксионного газа» идеально соответствует массе темной материи , которую астрономы безуспешно ищут десятилетиями . Хотя экспериментальное обнаружение аксионов крайне затруднено из-за их слабого взаимодействия с веществом, Вильчек надеется, что новые типы чувствительных антенн позволят подтвердить теорию в ближайшие десятилетия .

(Ранее в беседе затрагивалась тема возникновения новых агрегатных состояний материи. В этом контексте Вильчек отмечает, что похожая концепция спонтанного нарушения симметрии лежит в основе предсказанных им «кристаллов времени» (time crystals) . Эти структуры демонстрируют упорядоченность во времени , не нарушая при этом законов термодинамики, так как из их вечного движения невозможно извлечь энергию .)

🕳️ «Теория всего»: красивое уравнение или бесполезный инструмент? 2:00:56

Многие физики грезят о создании единой «теории всего», которая объединила бы общую теорию относительности Альберта Эйнштейна и квантовую механику . Однако Фрэнк Вильчек относится к этим надеждам с изрядным скептицизмом. По его мнению, такая теория будет эстетически прекрасной, но вряд ли окажется полезной для практических нужд человечества в обозримом будущем .

Даже в изучении черных дыр — главной арены для объединения гравитации и квантовых эффектов — практическая применимость стремится к нулю. Вопросы, на которые современная физика не может ответить без «теории всего», касаются микроскопических черных дыр или финальных стадий их испарения. Для массивных астрономических объектов знаменитое излучение Хокинга настолько ничтожно, что его невозможно зафиксировать приборами .

Существующего теоретического аппарата — квантовой теории поля и общей теории относительности — более чем достаточно для решения любых технологических задач . Исключение составляет лишь физика сверхранней Вселенной в момент Большого взрыва .

Лекс Фридман приводит в пример позицию некоторых мыслителей (таких как Эрик Вайнштейн), которые считают, что раскрытие «исходного кода» Вселенной позволит человечеству совершить технологический прорыв, «взломать» ткань пространства-времени и создать принципиально новые способы космических путешествий . Фрэнк Вильчек решительно отвергает эти спекуляции. Он напоминает исторический прецедент: грандиозный прорыв в понимании материи, совершенный в 1970–80-х годах (включая открытие квантовой хромодинамики) , оказал абсолютно нулевое влияние на проектирование космических ракет и повседневные технологии ракетостроения . Фундаментальные уравнения Вселенной и прикладная инженерия развиваются в принципиально разных масштабах.

🚀 Киборги в космосе, три совета молодым и физика смертности 2:05:28

Цифровой разум вместо плоти: будущее космической экспансии 2:05:28

Размышляя о будущем человечества за пределами Земли, Фрэнк Вильчек высказывает глубокий скептицизм относительно традиционных научно-фантастических сценариев. По его мнению, человеческое тело физиологически абсолютно не приспособлено к агрессивной космической среде . Даже колонизация Марса — ближайшего и наиболее жизнеспособного кандидата — представляется чрезвычайно сложным, нестабильным и экономически неоправданным предприятием . Настоящая экспансия цивилизации будет выглядеть совершенно иначе.

Вместо транспортировки громоздких биологических тел космос будут осваивать цифровые разумы, киборги и гибриды человека и машины . Учёный видит долгосрочное будущее в отправке в дальний космос автономных зондов, оснащённых сложнейшими сенсорами, актуаторами и переносимым цифровым сознанием, с которым мы сможем общаться на расстоянии . Это могут быть человеческие мозговые архитектуры, воссозданные в искусственной кремниевой оболочке, адаптированной к вакууму и радиации .

Таким образом, освоение космоса становится задачей не столько фундаментальной физики, сколько биологии, теории информации и физики сложных систем . Ранее собеседники уже затрагивали границы применимости законов физики и скептицизм вокруг «теории всего», и здесь Фрэнк Вильчек вновь подчёркивает: для покорения звезд нам не нужно открывать новые кварки или находить «теорию всего» . Гораздо важнее научиться анализировать сложные эмерджентные структуры и конструировать высокотехнологичные приборы .

Три столпа для молодого исследователя 2:10:16

На вопрос Лекса Фридмана о том, что бы он посоветовал молодому поколению исследователей , Фрэнк Вильчек предлагает обратиться к своей книге «Fundamentals: Ten Keys to Reality» , а также формулирует три универсальных правила успеха:

• Широкий кругозор и поиск перспектив: необходимо «забрасывать широкую сеть» («cast a wide net») . Молодым учёным важно балансировать между личным воображением и объективной перспективностью выбранной области. Сам Фрэнк Вильчек в студенческие годы хотел изучать философию и механизмы возникновения разума из материи, но вовремя понял, что для этой сферы ещё не созрел подходящий математический аппарат . Сегодня искать новые ниши стало проще благодаря интернету, но нужно критически фильтровать информацию .
• Изучение первоисточников и истории идей: следует читать труды великих мастеров прошлого в оригинале . В начале своей карьеры Вильчек глубоко изучал оригинальные работы Альберта Эйнштейна , лекции Ричарда Фейнмана, труды Чарльза Дарвина и Галилео Галилея, а также читал их биографии. Это помогает понять, что великие открытия совершались реальными людьми, которые тоже ошибались . Среди его личных вдохновителей — Бертран Рассел и Герберт Уэллс .
• Раннее освоение базового инструментария: все необходимые инструменты нужно освоить как можно раньше, доведя их до автоматизма . Для теоретика это математический анализ, функции комплексного переменного и теория групп ; для экспериментатора — программирование, электроника и оптика . Эти знания должны стать аналогом родного языка .

Все эти три направления развития должны идти параллельно и дополнять друг друга, создавая прочную основу для будущих открытий.

Баланс познания, неизбежность смерти и смысл жизни 2:16:02

Разговор о научных достижениях неизбежно приводит к теме конечности человеческой жизни. Фрэнк Вильчек признается, что не испытывает страха перед смертью в привычном смысле, хотя и воспринимает её как неизбежное ограничение . Свою смертность он оценивает через классическую концепцию из теории машинного обучения — баланс «исследования и эксплуатации» (exploration vs exploitation) .

В молодости, когда впереди много времени, разумно инвестировать ресурсы в «исследование» новых областей. С возрастом акцент смещается в сторону «эксплуатации» уже накопленных знаний . Вильчек вспоминает, как на его 50-летие физик Фримен Дайсон поздравил его словами: «Теперь ты можешь чувствовать себя абсолютно свободным, ведь от 50-летнего физика-теоретика уже никто ничего особого не ждет!» .

Сегодня Нобелевский лауреат позволяет себе не следить за всеми техническими деталями теории струн, а фокусируется на практическом применении фундаментальных законов — например, на проектировании антенн для обнаружения аксионов (ранее в беседе они подробно обсуждали сильную CP-проблему). При этом он продолжает «исследовать» новые сферы вроде машинного обучения .

Смысл жизни для Фрэнка Вильчека предельно прост и человечен: это общение с близкими, семьей и друзьями , создание научных институтов, которые переживут его, и радость творчества. «У меня есть дофаминовая система, и я с удовольствием ею пользуюсь», — шутит учёный, отмечая, что процесс созидания дарит ему колоссальный прилив энергии . В завершение Лекс Фридман с улыбкой замечает, что весь этот потрясающий путь начался с крошечных флуктуаций сразу после Большого взрыва — темы, которую они детально разбирали в начале подкаста.