Кому разрешены дикие идеи в физике?

Космолог размышляет о препятствиях на пути разнообразия мысли в исследованиях темной материи и темной энергии.

О наличии темной материи (светлые пятна, иллюстрация) можно судить по ее влиянию на видимую материю. Предоставлено: Марк Гарлик / SPL.

Страх перед черной Вселенной: Путеводитель по физике будущего для посторонних Стефон Александр Бейсик (2021 г.)

Темная материя и темная энергия - это таинственные компоненты космоса, которые бросили нам в глаза гаечные ключи. В книге «Страх перед черной вселенной» Стефон Александр пишет о попытках разобраться в этом «темном секторе». Он утверждает, что они застопорились, отчасти потому, что исследователи опасаются смелых объяснений этих неизвестных. Он предлагает личное исследование того, восприимчива ли наука к идеям, нарушающим нормы и ожидания. И Александр, черный физик-теоретик, спрашивает: не мешает ли истеблишмент поиску ответов в современной физике принимать идеи тех, кого он считает посторонними?

Физик из Университета Брауна в Провиденсе, Род-Айленд, Александр получил прозрение во время похода по Тринидаду и Тобаго, его родине. Несмотря на то, что он был полон идей, он осознавал, что уклонялся от исследований по, казалось бы, спорным темам из-за рисков для своего профессионального положения. «Темнокожие люди в научных кругах часто скептически относятся к своим интеллектуальным способностям», - пишет он. «Мой исследовательский, личный стиль теоретизирования в сочетании с моей расой часто создает ситуации, когда мои белые коллеги становятся подозрительными и обесценивают мои предположения». Эта книга - вторая его книга - дает острые аргументы в пользу того, почему все заслуживают равных возможностей, позволяющих развить свое воображение.

Александр обсуждает три фундаментальных принципа физики. Первый - это инвариантность - законы физики неизменны для наблюдателей, движущихся друг относительно друга с постоянной скоростью. Этот принцип лежит в основе законов механики Исаака Ньютона, и аналогичные идеи позволили Альберту Эйнштейну разработать свою специальную и общую теорию относительности. Во-вторых, он фокусируется на суперпозиции: состояние квантово-механической системы выражается как комбинация всех возможных состояний, в которых может находиться система. В-третьих, это принцип возникновения: «Системы с взаимодействующими элементарными составляющими могут проявлять новые свойства, которые являются не принадлежит самим избирателям ». Например, сверхпроводимость, явление, при котором электрическое сопротивление исчезает в определенных материалах при определенных условиях, является возникающим свойством некоторых квантово-механических систем.

Риффы на классику

Это свежий способ познакомить с некоторыми основами, но быстрые, короткие набеги Александра требуют многих его читателей. Опытный джазовый музыкант, Александр признает, что его повествование и структура будут продолжаться как импровизация (его первая книга была «Джаз физики» в 2016 году). Подобно тому, как неподготовленному уху может быть трудно оценить сложное соло, тем, кто не знаком с теорией относительности, квантовой механикой, теорией струн и квантовой гравитацией, может быть сложно не отставать.

Александр выдвигает множество грандиозных идей: природа Большого взрыва и вопросы, которые он порождает; происхождение жизни; роль сознания в квантовой механике и эволюции Вселенной; теории, стремящиеся примирить общую теорию относительности с квантовой механикой; и более. Другие написали фолианты по каждой из этих тем, и Александр, без сомнения, глубоко задумался над ними, но их трудно убедительно загнать в пару сотен страниц нелинейного повествования.

Космолог Стефон Александр также исследовал важность импровизации в своей первой книге «Джаз физики» . Предоставлено: Джон Шерман.

Возьмите главу «Темные мысли об инопланетной жизни». Это отчет о безумном мысленном эксперименте, который Александр придумал вместе со своим другом Джароном Ланье, пионером виртуальной реальности. Что, если, спрашивают они, существуют многочисленные инопланетные цивилизации, использующие мощные квантовые компьютеры, которые связывают топологические узлы в ткани пространства-времени для выполнения вычислений, используя детекторы гравитационных волн для чтения и записи информации в вакуум пространства-времени? Это домыслы, основанные на предположениях - бездыханная фигня.

Александер пишет, что это «странное представление» может объяснить, почему наблюдаемое количество темной энергии во Вселенной почти на 120 порядков меньше, чем ожидалось из теоретических соображений: возможно, «инопланетяне использовали темную энергию в качестве ресурса для запуска своих конечных компьютеров в значительной степени. Так же, как мы потребляем нефть, чтобы управлять нашими машинами и самолетами ». Зачем им? Конечно, чтобы насладиться качественной виртуальной реальностью. Скачки воображения Александра следуют прочной традиции мысленных экспериментов в физике, но их значение может быть доступно только знатокам.

Тематические исследования в разнообразии

Попутно Александр хочет убедить читателя в том, что отсутствие разнообразия в науке снижает качество проводимых исследований, а также является проблемой социальной справедливости. Две из его историй иллюстрируют эти проблемы. Один из них о Джеймсе Гейтсе, афроамериканском теоретике, чьи работы по суперсимметрии (расширение стандартной модели физики элементарных частиц) в 1990-х годах с Хитоши Нишино не получили особого внимания. По словам Александра, аналогичная работа более десяти лет спустя, названная теорией ABJM (по фамилиям исследователей, которые ее разработали: Офер Ахарони, Орен Бергман, Даниэль Джафферис и Хуан Малдасена), была воспринята как знаменательный результат. Александр предлагает нам задуматься над тем, почему немногие исследователи (включая его самого) заметили более ранние работы Гейтса и Нишино.

Другая история более личная. Александр приводит душераздирающий рассказ о том, как один белый коллега и друг, приехавший в гости, сказал ему, что его коллеги-постдоки из Стэнфордского университета в Калифорнии, возможно, избегают его, потому что «они считают, что им пришлось так много работать, чтобы добраться до вершины, и вы [Александр] получили легко, через позитивные действия ». Само собой разумеется, что они понятия не имели, как усердно пришлось работать Александру или какие препятствия ему пришлось преодолевать, чтобы добиться успеха в физике, они происходили из бедной семьи, выросшей в Бронксе, Нью-Йорк, в 1980-е годы.

Обиженный и осознав, что он должен продемонстрировать свои сильные стороны самостоятельно, Александр начал работать в кафе один, без помощи коллег. Здесь он отточил нестандартное мышление, которое привело к работе (со своим наставником Майклом Пескином), в которой изложена новая теория, объясняющая, почему во Вселенной гораздо больше материи, чем антивещества (SHS Alexander et al. Phys. Rev. Lett . 96, 081301, 2006). Его отчет предлагает глубокое понимание системных сил, которые работают против инклюзии.

Нет сомнений в том, что у физики в Соединенных Штатах есть проблема разнообразия - одна из самых больших во всех науках. По данным Американского института физики, в 2012 году чернокожие или афроамериканцы, составляющие около 13,4% населения США, составляли лишь 2,1% преподавателей физики. В 2018 году члены инклюзивной группы Американского физического общества предупредили, что, хотя около трети граждан США университетского возраста являются афроамериканцами, латиноамериканцами или коренными американцами, менее 11% степеней бакалавра физики присуждаются людям из этих групп. . Для докторов наук этот показатель составляет всего 7% - около 60–70 студентов ежегодно (см. T. Hodapp и E. Brown Nature 557, 629–632; 2018).

Помимо влияния исторического и структурного расизма на распространение идей, другие социологические факторы дают преимущества одним направлениям исследования перед другими. Сообщество теоретиков струн велико и хорошо финансируется и может, например, превзойти другие теории квантовой гравитации - как это исследуется в таких книгах, как «Проблемы с физикой» (2006) Ли Смолина. И многие идеи отбрасываются просто потому, что они плохи. Страх перед Черной Вселенной, возможно, был бы богаче, если бы мы более внимательно посмотрели на то, как эти факторы взаимодействуют друг с другом. Тем не менее, это своевременное напоминание о необходимости слышать более широкий спектр голосов в физике, как и во всех науках.

источник: