Мегатех. Технологии и общество 2050 года в прогнозах ученых и писателей - стр. 22

Не-физики часто с ошеломлением реагируют на то, как физики говорят о «простоте» своих фундаментальных теорий. Ведь на практике их понимает лишь очень небольшая часть человечества, и для этого требуются годы обучения и усердных размышлений. Тем не менее есть точное и принципиальное определение такой простоты.

Уравнения фундаментальной физики можно описать с помощью короткой программы. Следуя ее указаниям, компьютер будет в состоянии (при наличии достаточного времени) однозначно определить все последующие состояния описываемой ими системы.

Насколько я знаю, никто пока не написал такую программу, хотя это было бы интересным упражнением. Полагаю, на таком высокоуровневом компьютерном языке, как Mathematica, для этого потребуется не более нескольких сотен строк кода. (Пожалуйста, обратите внимание на то, что эффективное программирование, позволяющее быстро решать уравнения в интересных приложениях, является совсем другой и, вероятно, пока еще не решенной проблемой.)

Как мы сегодня понимаем, фундаментальные уравнения физики распределяются в соответствии с четырьмя основными теориями, описывающими четыре основные силы: гравитацию, электромагнетизм, сильное и слабое ядерное взаимодействие. Их совокупность часто называют стандартной моделью. Они воплощают и могут быть получены из трех основных принципов: относительности, калибровочной инвариантности (также называемой локальной симметрией) и квантовой механики.

Первые два из них являются формулировкой симметрии. Это слово в данном контексте используется для обозначения «преобразования без изменений» или, более элегантно, «изменение без изменений». Основную концепцию иллюстрирует круг. Мы можем пытаться преобразовать эту фигуру, вращая ее вокруг ее центра. Каждая точка на окружности движется, так что это истинное преобразование. Но сам круг не меняется. Аналогичным образом основное допущение специальной теории относительности заключается в возможности преобразовать свойства всех объектов физического мира, перемещая их с постоянной скоростью (тем самым изменяя их видимую скорость), но не трансформируя законы, которым подчиняются эти объекты. Калибровочная инвариантность включает в себя другие преобразования, состоящие из гораздо менее знакомых свойств, чем скорость, но обращающихся к той же самой идее. Мы ограничиваем законы, требуя, чтобы они действовали одинаково в самых различных ситуациях.

Третий принцип – квантовая механика. Это скорее не конкретная гипотеза, а широкая структура. В этом аспекте она напоминает классическую (ньютоновскую) механику, которая объясняет, как в результате воздействия определенных сил происходит движение, но не говорит, что это за силы. При более подробном рассмотрении неоднозначность квантовой теории оказывается еще значительнее. (Для специалистов: здесь я намекаю на альтернативные варианты выбора динамических переменных и на принцип неопределенности.) Таким образом, до появления базовых теорий применение квантовой механики к конкретным физическим задачам всегда подразумевало необходимость до некоторой степени строить догадки. Но базовые теории настаивают на уникальном выборе, о чем я буду говорить в следующей главе. Хотя это и не очень приветствуется, полагаю, будет справедливым сказать: что такое квантовая механика, мы понимаем лишь в контексте наших базовых теорий.