Почему законов физики на самом деле не существует? Объясняет известный ученый

То, что мы называем законами физики, часто является просто математическим описанием какой-то части природы. Абсолютных физических законов, вероятно, не существует, и физика тем лучше для них, говорит физик-теоретик Санкар Дас Сарма.
"Недавно я читал старую статью Робберта Дейкграафа. Эта статья называлась "Законов физики не существует". Может показаться немного странным, что человек, являющийся физиком, утверждает, что законов физики не существует. Однако я с ним согласен. Более того, я не просто согласен с этим утверждением, но и думаю, что моя область от этого выиграет" — Санкар Дас Сарма в своей колонке в New Scientist.
Перво-наперво. То, что мы часто называем законами физики, на самом деле является просто непротиворечивыми математическими теориями, которые, как предполагается, предполагают некоторые части природы. Это верно как для естественного движения Ньютона, так и для теории относительности Эйнштейна , принадлежащей Шрёдингера и Дирака в квантовой физике или даже теории струн . Так что на самом деле это не законы, как таковые, точные и подробные описания реальности, которые мы видим. Это должно быть очевидно из того факта, что эти законы не статичны; они развиваются по мере того, как улучшаются наши эмпирические знания о Вселенной.
Вот в чем дело. Несмотря на то, что многие исследователи рассматривают свою роль в исключении естественной природы, я просто не верю, что они являются следствием.
Сто лет назад такое мнение не вызвало бы споров. К этому существенному так называемому естественному понятию относятся физические свойства сущности мира, например, закон Гука , использование, какая сила необходима для использования пружины, или закон Бойля о понимании между давлением, температурой и объемом. газ. Но это начало меняться в начале 20-го века, когда такие люди, как Альберт Эйнштейн, взялись за поиски окончательной теории всего . Последние 30 лет своей жизни он провел в поисках одного из них, но безрезультатно. Дирак тоже высказался в этой точке зрения, очевидно, сказал, что вся химия может быть выведена только из его уравнения, хотя я думаю, что это конкретное замечание, вероятность, апокрифично.
В человеческом мозгу около 86 миллионов нейронов . Это меньше, чем количество звезд в Млечном пути , который является лишь небольшой частью совокупности Вселенной. Она кажется почти бесконечной по сравнению с конечными вкусами человеческого мозга, что, возможно, кажется маловероятным. Что удивительно, так это то, что мы можем понять некоторые аспекты Вселенной с помощью физики. Возможно, Ричард Фейнман первым сказал, что проблема не в том, насколько умны мы, люди, в начале, как работает природа, тем а в том, насколько умна природа в следствии известных законов!
По мере того, как мы узнаем больше о природе, мы можем оттачивать наши описания ее, но это никогда не заканчивается — это как чистить бесконечную луковицу, чем больше мы чистим, тем больше остается чистить.
Возьмем в качестве примера струны. Эта теория очень математически точна и довольно волшебна в том смысле, что она эквивалентно трактует гравитацию и квантовую механику, согласуясь с многочисленными наблюдениями за Вселенной. Он дает большие надежды, но до сих пор поризо всех возможных вариантов проверки возможных прогнозов, выходящих за рамки нашего понимания.
У нее также есть довольно тернистый камень преткновения, известная как проблема ландшафта, где буквально мысли вселенных (около 10 500 , число настолько велико, что оно кажется непристойным) являются приемлемыми решениями теории. Если теория струн верна, можно объявить завоевание, поскольку одна из миллионов вселенных должна быть нашей вселенной, и все, что необходимо сделать, — это каким-то образом найти конкретное решение, чтобы понять, что для нас законов физики. Конечно, это невыполнимая проблема из-за большого количества доступных вселенных, доступных в ландшафте, и все со своими запасами законами.
Этот сценарий часто называют мультивселенной . Все возможные законы, мысли и немыслимые, допустимы в какой-то возможной вселенной, и законы больше не имеют смысла или уникальны в фундаментальном смысле, поскольку они полностью развиваются от того, куда в ландшафте мультивселенной смотришь. Ирония в том, что теория всего, как выяснилось, обнаружила все, экспоненциально большее, чем все, что кто-либо мог себе представить раньше.
Один из возможных выводов из этого состоит в том, что традиционный редукционистский подход к физике элементарных частиц, где законы природы все больше и больше фокусируются на все более и более мелких строительных блоках (таких как молекулы, атомы и частицы) и фундаментальных силах (таких как гравитация и электромагнетизм), действующих между ними, не работает. более плодотворный способ смотреть на физический мир. Не существует фундаментальных строительных блоков, фундаментальных сил и, как таковых, нет законов, потому что строгое размышление об окончательных редукционистских законах привело к возможному существованию 10 500 вселенных, и только одна из них, возможно, подчиняется законам, необходимым для приспособления Homo . сапиенс .
Единственное, что у нас осталось, — это ландшафт, где "законы" зависят от конкретной вселенной, с которой вы имеете дело. Это настолько ошеломляюще сложно, что вся идея законов природы должна быть изменена. Это, по-видимому, странный конец достойного путешествия, которое началось с атомов как гипотетических неделимых составляющих материи 2500 лет назад и стало свидетелем великого недавнего триумфа в виде экспериментального открытия частицы Хиггса в 2012 году . В конце концов, наши физические законы вовсе не являются внутренними, они полностью зависят от того, где в ландшафте мы находимся.
Как физик-теоретик конденсированных сред я вовсе не нахожу этот сценарий обескураживающим — как раз наоборот. Тот факт, что существует практически бесконечное число возможных законов, только делает занятие наукой более увлекательным, потому что изучение ландшафта навсегда останется активной и творческой деятельностью. Теоретическая физика никогда не может закончиться, потому что ландшафт слишком обширен.
По своему 40-летнему опыту работы с реальными физическими явлениями я знаю, что вся идея окончательного закона, основанного на уравнении, использующем только строительные блоки и фундаментальные силы, неосуществима и по сути является фантазией. Мы никогда не знаем точно, какое уравнение описывает конкретную лабораторную ситуацию. Вместо этого нам всегда приходится строить модели и приближения для описания каждого явления, даже если мы знаем, что уравнение, управляющее им, в конечном счете представляет собой некую форму уравнения Шредингера !
— А как насчет квантовой механики? Вы можете спросить. В течение почти 100 лет он успешно совпадал со всеми нашими экспериментами в квантовом масштабе. Но квантовая механика на самом деле больше похожа на набор правил, которые мы используем для выражения наших законов, чем на сам окончательный закон. Например, стандартная модель физики элементарных частиц, теория сверхпроводимости и теория атомных спектров построены по правилам квантовой механики, но имеют мало общего друг с другом. Кроме того, пространство и время — это переменные, которые нужно вручную вводить в теорию, в то время как пространство и время должны естественным образом вытекать из любого окончательного закона физики. Это так и осталось, пожалуй, величайшей загадкой фундаментальной физики, решения которой пока не видно.
Трудно представить, что через тысячу лет физики по-прежнему будут использовать квантовую механику в качестве фундаментального описания природы. Что-то другое должно заменить к тому времени квантовую механику, как сама квантовая механика заменила ньютоновскую механику. Я понятия не имею, что это может быть за что-то еще, но я не вижу особой причины, по которой наше описание того, как устроена физическая вселенная, должно внезапно достичь вершины в начале 21-го века и навсегда застрять на квантовой механике. Это было бы поистине удручающей мыслью!
Законы Ньютона были необычайно успешны в течение 300 лет, но нам пришлось выйти за их пределы, когда мы узнали больше о Вселенной, и то же самое должно произойти с квантовыми законами когда-нибудь в будущем.
Любая такая неизвестная новая теория будущего должна найтись в физике квантовой механики и получить ее же, как квантовая механика обнаружиться в физике квантовой механики и исследовать ее. Наше понимание естественного мира должно продолжаться бесконечно, не сдерживаемым поиском естественной природы. Законы физики постоянно развиваются — они никогда не развиваются.