Ли Смолдин: Американдық теориялық физик және ғылыми ізденістері

Кіріспе

Американдық теориялық физик (1955 жылы туған)

Ли Смолин (туған 6 маусым 1955 ж.) – американдық теориялық физик, Теориялық физика институтының штаттық қызметкері, Ватерлоо университетінің физика бойынша қатар профессоры және Торонто университетінің философия факультетінің аспирантура оқытушысы. Смолиннің 2006 жылғы «Физикадағы мәселелер» кітабы, іргелі ғылыми теория ретінде, жол теориясын сынап көрсеткен. Ол кванттық гравитация теориясына, әсіресе циклдық кванттық гравитация деп аталатын тәсілге үлес қосты. Ол кванттық гравитацияға қатысты екі негізгі тәсіл – циклдық кванттық гравитация және жол теориясы – бір түбіртек теорияның әртүрлі аспектілері ретінде үйлестірілуі мүмкін екенін жақтады. Сонымен қатар, ол кеңістік және уақытқа қатысты альтернативті көзқарас ұсынады, оны уақытша натурализм деп атайды. Оның ғылыми зерттеулерінің қатарында космология, элементар бөлшектер теориясы, кванттық механиканың негіздері және теориялық биология да бар.

Жеке өмір

Смолин Нью-Йорк қаласында, қоршаған ортаны қорғау және өндіріс процестері инженері Майкл Смолин мен драматург Паулин Смолиннің отбасында дүниеге келген. Смолин ата-анасының еврей дінін ұстанатын, Джордж Гурджиев құрған «Төртінші жол» ілімін ұстанған жандар екенін айтады. Гурджиев – армян мистикасы. Смолин өзін еврей деп сипаттайды. Оның ағасы, Дэвид М. Смолин, Бирмингемдегі Камберленд құқық мектебінде профессор болып жұмыс істейді. Смолин Огайо штатының Цинциннати қаласындағы Уолнат Хиллс орта мектебін бітірмей қалды. Физикаға деген қызығушылығы сол кезде оянды, ол Эйнштейннің өмірінің соңында аяқтай алмаған екі маңызды міндеті туралы ойларын оқығанда: 1, кванттық механиканы түсіндіру және 2, кванттарды гравитациямен біріктіру. Смолин бұл міндеттерді орындауға тырысуды өзінің «миссиясы» деп санады. Одан кейін ол Цинциннати университетінің физика кітапханасын қарап шығып, Луи де Броглидің француз тілінде жазылған пилоттық толқын теориясын тапты. «Мен әлі де көздерімді жұмсам, кітаптың бір бетін көре аламын, онда толқын ұзындығы мен импульс арасындағы байланысты көрсететін теңдеу жазылған», - деп жазды Смолин «Эйнштейннің аяқталмаған революциясы» кітабында. Содан кейін ол «Хэмпшир колледжіне» оқуға түсіп, керемет ұстаздар тауып, аспирантураға қабылдану үшін өте жақсы мүмкіндіктерге ие болды. Смолиннің айтуынша, Эйнштейннің екі үлкен сұрағын шешу жөніндегі миссиясы сәтті аяқталмады: «Өте өкінішке орай, басқа ешкім де оны шеше алмады». Смолин театрмен байланысын үзбеді, Ли Блессингтің «Орманда серуендеу», Друцилла Корнеллдің «Фондық кедергі» және Ханна Московичтің «Шексіздік» сияқты пьесаларға ғылыми кеңесші ретінде көмектесті. Смолин Торонтода (Онтарио) заңгер және қалалық саясат кеңесшісі Дина Гразерге үйленген. Бұрын ол Фотини Маркопулу Каламарамен тұрмыс құрған. Оның ағасы – құқық профессоры Дэвид М. Смолин.

Мансап

Ол Нью-Джерси штатының Принстон қаласындағы Жоғары оқу институтында, Санта-Барбарадағы Кавли теориялық физика институтында және Чикаго университетінде докторантурадан кейінгі ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізді. Одан кейін Йель, Сиракуз және Пенсильвания штаты университеттерінде оқытушы болып жұмыс істеді. 1995 жылы Жоғары оқу институтында қонақ ғалым, ал 1999-2001 жылдары Лондон Империал колледжінде қонақ профессор болып қызмет етті, содан кейін 2001 жылы Периметр институтының негізін қалаушы оқытушыларының бірі атанды.

Күлгілік кванттық гравитация

Смолин Тед Джейкобсон, Карло Ровелли, Луи Крейн, Абхай Аштекар және тағы басқалармен бірлесіп жұмыс істеген кезде циклдық кванттық гравитация (LQG) теориясын дамытуға үлес қосты. LQG – кванттық механиканы және жалпы салыстырмалылық теориясын біріктіруге бағытталған тәсіл. Ол жалпы салыстырмалылықты өлшеуші өріс теорияларының тілінде қайта формулирлеуді қолданады, бұл бөлшектер физикасының әдістерін пайдалануға, әсіресе өрістерді циклдер динамикасы арқылы бейнелеуге мүмкіндік береді. Ровеллимен бірге ол аудандар мен көлемдердің дискретті екенін ашты және олардың табиғи түрін спин желілері арқылы кванттық геометрияның дискретті сипаттамасында тапты. Соңғы жылдары ол LQG-ді феноменологиямен байланыстыруға, кеңістік-уақыт симметриясын эксперименталдық түрде тексеруге қатысты мәселелерді зерттеуге, сондай-ақ элементар бөлшектер мен олардың өзара әрекеттесуінің кеңістік-уақыт геометриясынан қалай пайда болатынын анықтауға күш салып жүр.

Сызық теориясының негізге тәуелсіз тәсілдері

1999 және 2002 жылдар аралығында Смолин, классикалық кеңістік-уақыт модельдеріне негізделген шамамен сипаттамаларға тәуелді болмайтын, жол теориясының түпкілікті формуласын беру үшін бірнеше ұсыныс жасады.

Кванттық ауырлықтың эксперименталды сынақтары

Смолин – кванттық гравитацияның әсерін эксперименттік жолмен жоғары энергиялы астрофизикалық құбылыстарды, оның ішінде өте жоғары энергиялы ғарыш сәулелерін, гамма-шағылысулардан фотондар мен нейтриноларды зерттеу арқылы, арнайы салыстырмалылық теориясындағы өзгерістерді анықтауға болатынын ұсынған теоретиктердің қатарында. Смолиннің ғылыми еңбектерінің ішінде Жоао Магуэйхомен бірлесіп (Джованни Амелино Камелияның жұмысынан тәуелсіз) екі рет ерекше салыстырмалылық теориясын және Амелино Камелия, Лоран Фрейдель және Джерзи Ковальски Гликманмен бірлесіп салыстырмалы локальдік принципін жасауы бар.

Кванттық механиканың негіздері

Смолин 1980 жылдардың басынан бері жасырын айнымалылар теориялары бойынша бірнеше ұсыныстармен жұмыс істеп келеді, бұл жеке кванттық құбылыстарды нақты сипаттайтын, жергілікті емес детерминистік теориялар болар еді. Соңғы жылдары ол уақыттың нақтылығы туралы жұмысынан туындаған кванттық механиканы түсіндіруге екі жаңа тәсілді ұсынды – нақты ансамбльдік түсіндіру және басымдық принципі.

Космологиялық табиғи іріктеу

Смолиннің космологиялық табиғи іріктеу гипотезасы, сондай-ақ жемісті ғаламдар теориясы деп аталады, бұл биологиялық табиғи іріктеуге ұқсас процесс ең ірі масштабта қолданылады деп болжайды. Смолин бұл идеяны 1992 жылы жариялады және оны "Космостың өмірі" атты жалпы оқырманға арналған кітапта түйіндеді. Қара тесіктер осы табиғи іріктелуде маңызды рөл атқарады. Жемісті теория бойынша, құлаған қара тесік "екінші жағында" жаңа ғаламның пайда болуына себеп болады, оның негізгі тұрақты параметрлері (элементар бөлшектердің массалары, Планк тұрақтысы, элементарлық заряд және т.б.) қара тесік құлаған ғаламнан сәл өзгеше болуы мүмкін. Әрбір ғалам өзінің қара тесіктерінің санына тең жаңа ғаламдар – өзінің "ұрпақтарын" жасайды, бұл қара тесіктер көп кездесетін ғаламдарға эволюциялық артықшылық береді, олар біздің ғаламымызға ұқсас. Осылайша, бұл теория біздің таныған өмірдің пайда болуы үшін ғаламның "қалыптасқандығын" түсіндіреді. Теория ғаламдарға эволюциялық "көбейту", "мутация" және "іріктеу" ұғымдарын қолданғандықтан, ол формальды түрде популяциялық биология модельдеріне ұқсас. Смолин 1992 жылы теориясын жариялағанда, оның теориясының болжамы ретінде күн массасынан 1,6 есе артық массасы бар нейтронды жұлдыздың болмауы керек екенін айтты. Кейін ядролық астрофизиктердің нейтронды жұлдыздардың ішкі құрылымын дәлірек модельдеуінен кейін бұл көрсеткіш екі күн массасына дейін көтерілді. Смолин сондай-ақ инфляция, егер орын алса, тек ең қарапайым түрінде болуы керек екенін, оны бір ғана өріс және параметр басқаратынын болжады.

Физика философиясына қосқан үлесі

Смолин кеңістік пен уақытқа қатысты релятивтік, немесе Лейбництік көзқарасты қолдайтын бірқатар мақалалар мен кітаптар арқылы физика философиясына үлес қосты. 2006 жылдан бері ол бразилиялық философ және Гарвард құқық мектебінің профессоры Роберто Мангабейра Унгермен уақыттың нақтылығы және заңдардың эволюциясы мәселелері бойынша бірлесіп жұмыс істеп келеді; 2014 жылы олар бір кітап жариялады, оның екі бөлігі жеке жазылған. Смолиннің философиялық көзқарастарының толыққанды баяндамасы 2013 жылдың сәуірінде жарық көрді. Time Reborn физикалық ғылым уақытты нақты емес деп есептейді, бірақ Смолиннің пікірінше, ол шындықтың ең маңызды ерекшелігі: «Ғарыш иллюзия болуы мүмкін, бірақ уақыт нақты болуы керек» (179-бет). Оның ойынша, лайықты сипаттама Лейбництік ғаламды беруі керек: екі түрлі емес нәрселер қабылданбауы керек және әрбір айырмашылық басқа айырмашылыққа сәйкес келуі керек, себебі жеткілікті себеп принципі осылай талап етеді. Бірнеше айдан кейін «Уақыттық натурализм» атты мақалада одан да қысқа мәтін жарияланды.

Физиканың қиындықтары

Смолиннің 2006 жылғы «Физикадағы мәселелер» кітабы ғылымның дамуындағы дау-дамай мен келіспеушіліктің рөлін зерттеді. Ол ғылыми қауымдастық, жаттықтырылған және аккредиттелген мамандар арасында, жорамалдардың эксперименттік растау арқылы консенсусқа келуге дейін, мүмкіндігінше кең ауқымда келіспеушілікті ынталандырса, ғылымның ең жылдам дамитынын дәлелдеді. Бұл әртүрлі бәсекелес зерттеу бағдарламаларын дамытуды білдіреді, ал тәжірибелік фактілермен негізделмеген парадигмалардың ерте қалыптасуы ғылымның прогресін тежейді деп санады. «Физикадағы мәселелер» кітабындағы кейс-стади ретінде, жол теориясының жолғы болуы мәселесіне назар аударылды, бұл жол теориясының антропоморфтық принципін қолдану арқылы ғаламымыздың қасиеттерін түсіндіру ұсыныстарынан туындады. Кітап физик Джозеф Полчински және басқа да жол теорияшыларынан сынға ұшырады. Смолин бұрынғы «Кванттық гравитацияға үш жол» (2002) кітабында, циклдық кванттық гравитация мен жол теориясының әртүрлі көзқарас тұрғысынан қарағанда бір және со aynı ұғым екенін айтқан. Ол кітапта голографиялық принципті де қолдады. «Физикадағы мәселелер» кітабы, керісінше, қазіргі теориялық физикада жол теориясының үстемдігін қатаң сынады, оның басқа перспективалы тәсілдердегі зерттеулерді басып тастады деп санайды. Смолин жол теориясының қанағаттандырмас кемшіліктері бар екенін және бөлшектер теориясы қауымдастығында денсаусызданатын монополияға жақын екенін айтады. Ол кванттық гравитацияға қатысты әртүрлі көзқарас қажеттігін жеткізді және Смолин өзі ұсынған циклдық кванттық гравитацияға көбірек назар аудару керек деп мәлімдеді. Соңында, «Физикадағы мәселелер» кітабы да күмәннің рөліне және ғылымның этикасы мен процесіндегі әртүрлі тәсілдердің құндылығына кеңінен тоқталады. «Физикадағы мәселелер» кітабы жарық көрген жылдың өзінде Питер Войт «Тіпті қате емес» кітабын жариялады, оның қорытындысы Смолиннің пікірімен сәйкес келеді, атап айтқанда, жол теориясы негізінен кемшін зерттеу бағдарламасы екендігін айтады.

Smolin's 2006 book The Trouble with Physics explored the role of controversy and disagreement in the progress of science. It argued that science progresses fastest if the scientific community encourages the widest possible disagreement among trained and accredited professionals prior to the formation of consensus brought about by experimental confirmation of predictions of falsifiable theories. He proposed that this meant the fostering of diverse competing research programs, and that premature formation of paradigms not forced by experimental facts can slow the progress of science. As a case study, The Trouble with Physics focused on the issue of the falsifiability of string theory due to the proposals that the anthropic principle be used to explain the properties of our universe in the context of the string landscape. The book was criticized by physicist Joseph Polchinski and other string theorists. In his earlier book Three Roads to Quantum Gravity (2002), Smolin stated that loop quantum gravity and string theory were essentially the same concept seen from different perspectives. In that book, he also favored the holographic principle. The Trouble with Physics, on the other hand, was strongly critical of the prominence of string theory in contemporary theoretical physics, which he believes has suppressed research in other promising approaches. Smolin suggests that string theory suffers from serious deficiencies and has an unhealthy near monopoly in the particle theory community. He called for a diversity of approaches to quantum gravity, and argued that more attention should be paid to loop quantum gravity, an approach Smolin has devised. Finally, The Trouble with Physics is also broadly concerned with the role of controversy and the value of diverse approaches in the ethics and process of science. In the same year that The Trouble with Physics was published, Peter Woit published Not Even Wrong, a book for nonspecialists whose conclusion was similar to Smolin's, namely that string theory was a fundamentally flawed research program.

Марапаттар мен құрметтер

Смолин Foreign Policy журналының 100 ең үздік зиялысы тізімінде 21-орынды иеленді. Ол сондай-ақ, бұқаралық ақпарат құралдарында "Жаңа Эйнштейн" деп аталған көптеген физиктердің бірі. "Физиканың қиындықтары" кітабы Newsweek журналының 2009 жылғы 27 маусымдағы "Заманымызға арналған 50 кітап" тізімінде 17-орынды иеленді. 2007 жылы ол Теориялық физика электрондық журналының Майорана сыйлығымен марапатталды, ал 2009 жылы Америка физика мұғалімдері қауымдастығынан (AAPT) "физиканың қызығушылығын жалпы халыққа жеткізудегі ерекше еңбектері" үшін Клопстег естелік сыйлығын алды. Ол Канада Корольдік қоғамы мен Америка физика қоғамының мүшесі. 2014 жылы Марина Кортеспен бірлесіп жарық көрген жұмысы үшін Бухальтер космологиясы сыйлығымен марапатталды.

Жарияланымдар

1997 жыл. "Космостың өмірі"
2001 жыл. Кванттық гравитацияға үш жол
2006 жыл. Физиканың қиындықтары: Көгал теориясының өрлеуі, ғылымның құлдырауы және одан кейін не болады. Хоутон Миффлин.
2013 жыл. Уақыт жаңғыртылды: Физикадағы дағдарыстан Ғайниеттің болашағына дейін.
2014 жыл. Сингуляр Ғайниет және Уақыттың шындығы: Ли Смолин мен Роберто Мангабейра Унгердің табиғаттану философиясы бойынша ұсынысы, Кембридж университетінің баспасы.
2019 жыл. Эйнштейннің аяқталмаған революциясы: Кванттың ар жағында жатқан нәрсені іздеу, Пингвин баспасы.