Введение

Ли Смолин (англ. Lee Smolin; род. 6 июня 1955) — американский физик-теоретик, сотрудник Института теоретической физики Периметра, адъюнкт-профессор физики Университета Ватерлоо и член научно-педагогического состава философского факультета Университета Торонто. В своей книге 2006 года «Проблемы с физикой» Смолин подверг критике теорию струн как жизнеспособную научную теорию. Он внес вклад в теорию квантовой гравитации, в частности, в подход, известный как петлевая квантовая гравитация. Он считает, что два основных подхода к квантовой гравитации – петлевая квантовая гравитация и теория струн – могут быть согласованы как различные аспекты единой базовой теории. Он также является сторонником альтернативного взгляда на пространство и время, который он называет временным натурализмом. Его исследовательские интересы также охватывают космологию, теорию элементарных частиц, основы квантовой механики и теоретическую биологию.

Личная жизнь

Смолин родился в Нью-Йорке в семье Майкла Смолина, инженера-эколога и инженера-технолога, и Полин Смолин, драматурга. Смолин сказал, что его родители были евреями, последователями Четвертого Пути, основанного Джорджем Гурджиевым, армянским мистиком. Смолин идентифицировал себя как еврей. Его брат, Дэвид М. Смолин, стал профессором в Камберлендской школе права в Бирмингеме, штат Алабама. Смолин бросил учебу в средней школе Walnut Hills в Цинциннати, штат Огайо. Его интерес к физике пробудился в то время, когда он прочитал размышления Эйнштейна о двух задачах, которые он оставил незавершенными к моменту своей смерти: 1) осмыслить квантовую механику и 2) объединить это понимание квантов с гравитацией. Смолин воспринял это как свою "миссию" – попытаться завершить эти задачи. Вскоре после этого он просматривал физическую библиотеку Университета Цинциннати, где наткнулся на теорию пилотных волн Луи де Брогли на французском языке. "Я до сих пор могу закрыть глаза, – писал Смолин в книге "Незавершенная революция Эйнштейна", – и увидеть страницу книги, на которой было изображено уравнение, связывающее длину волны с импульсом". Вскоре после этого он "добился зачисления" в колледж Хэмпшир, нашел замечательных преподавателей и успешно подал документы в аспирантуру. Что касается его миссии по решению двух главных вопросов Эйнштейна, по словам Смолина, он не достиг успеха; "К сожалению, никому другому тоже не удалось". Смолин сохранил интерес к театру, став научным консультантом для таких пьес, как "Прогулка в лесу" Ли Блессинг, "Фоновый шум" Дрюсиллы Корнелл и "Бесконечность" Ханны Москович. Смолин женат на Дине Грасер, юристе и консультанте по вопросам городской политики в Торонто, Онтарио. Ранее он был женат на Фотини Маркопулу Каламара. Его брат – профессор права Дэвид М. Смолин.

Карьера

Он занимал постдокторантские позиции в Институте перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, в Институте теоретической физики Кавли в Санта-Барбаре и в Чикагском университете, прежде чем стать преподавателем в Йельском, Сиракузском и Университете штата Пенсильвания. В 1995 году он был приглашенным научным сотрудником в Институте перспективных исследований, а в 1999–2001 годах – приглашенным профессором в Имперском колледже Лондона, после чего в 2001 году стал одним из первых преподавателей Института периметра.

Квантовая гравитация с петлей

Смолин внес вклад в теорию петлевой квантовой гравитации (LQG) в совместной работе с Тедом Джейкобсоном, Карло Ровелли, Луи Крейн, Абхаем Аштекаром и другими. LQG – это подход к объединению квантовой механики и общей теории относительности, использующий переформулировку общей теории относительности на языке калибровочных теорий поля, что позволяет применять методы физики частиц, в частности, представление полей через динамику петель. Вместе с Ровелли он обнаружил дискретность площадей и объемов и нашел их естественное выражение в дискретном описании квантовой геометрии в терминах спиновых сетей. В последние годы он сосредоточился на связи LQG с феноменологией, разрабатывая следствия для экспериментальной проверки симметрий пространства-времени, а также исследуя, каким образом элементарные частицы и их взаимодействия могут возникать из геометрии пространства-времени.

Независимые подходы к теории струн

В период с 1999 по 2002 год Смолин выдвинул несколько предложений по созданию фундаментальной формулировки теории струн, не зависящей от приближенных описаний, использующих классические модели фонового пространства-времени.

Экспериментальные испытания квантовой гравитации

Смолин входит в число теоретиков, предложивших, что эффекты квантовой гравитации можно экспериментально изучить, выявляя отклонения от специальной теории относительности в наблюдениях высокоэнергетических астрофизических явлений, таких как космические лучи сверхвысоких энергий, фотоны и нейтрино от гамма-всплесков. К вкладу Смолина относится совместное создание теории двойной специальной относительности (вместе с Жоао Магехио, независимо от работ Джованни Амелино-Камелии) и теории относительной локальности (вместе с Амелино-Камелией, Лораном Фрейделем и Джержи Ковальски-Гликманом).

Основы квантовой механики

Смолин с начала 1980-х годов работает над серией предложений по теориям скрытых переменных, которые представляли бы собой нелокальные детерминированные теории, дающие точное описание отдельных квантовых явлений. В последние годы он стал основоположником двух новых подходов к интерпретации квантовой механики, вытекающих из его исследований реальности времени, – реальной ансамблевой интерпретации и принципа предшествования.

Космологический естественный отбор

Гипотеза Смолина о космологическом естественном отборе, также называемая теорией плодородных вселенных, предполагает, что процесс, аналогичный биологическому естественному отбору, применим в самых масштабных измерениях. Смолин опубликовал эту идею в 1992 году и обобщил её в книге, предназначенной для широкой аудитории, под названием «Жизнь космоса». Черные дыры играют роль в этом естественном отборе. Согласно теории плодородия, коллапс черной дыры приводит к возникновению новой вселенной на «другой стороне», чьи фундаментальные константные параметры (массы элементарных частиц, постоянная Планка, элементарный заряд и так далее) могут незначительно отличаться от вселенной, в которой произошел коллапс черной дыры. Каждая вселенная порождает столько новых вселенных – своих «потомков», сколько у неё черных дыр, что дает эволюционное преимущество вселенным, в которых черные дыры распространены, подобно нашей. Таким образом, теория объясняет, почему наша вселенная кажется «тонко настроенной» для возникновения жизни, какой мы её знаем. Поскольку теория применяет эволюционные концепции «воспроизводства», «мутации» и «отбора» к вселенным, она формально аналогична моделям популяционной биологии. Когда Смолин опубликовал теорию в 1992 году, он выдвинул в качестве предсказания, что не должна существовать ни одна нейтронная звезда с массой, превышающей 1,6 массы Солнца. Позже это значение было увеличено до двух солнечных масс после более точного моделирования недр нейтронных звезд ядерными астрофизиками. Смолин также предсказал, что инфляция, если она верна, должна быть только в своей простейшей форме, определяемой одним полем и параметром.

Вклад в философию физики

Смолин внес вклад в философию физики благодаря серии статей и книг, отстаивающих реляционный, или лейбницианский, взгляд на пространство и время. С 2006 года он сотрудничает с бразильским философом и профессором Гарвардской школы права Роберто Мангабейрой Унгером, работая над вопросами реальности времени и эволюции законов; в 2014 году они опубликовали книгу, состоящую из двух частей, написанных независимо друг от друга. В апреле 2013 года вышла книга, подробно излагающая философские взгляды Смолина. В книге "Время возрождено" утверждается, что физическая наука лишила время реальности, тогда как, по мнению Смолина, это самая фундаментальная характеристика действительности: "Пространство может быть иллюзией, но время должно быть реальным" (с. 179). По его мнению, адекватное описание привело бы к лейбницианской вселенной: неразличимые объекты не допускались бы, и каждое различие соответствовало бы другому различию, как того требует принцип достаточного основания. Через несколько месяцев более лаконичный текст был представлен в статье под названием "Темпоральный натурализм".

Проблемы с физикой

В книге Смолина «Были проблемы с физикой» (2006 г.) исследуется роль противоречий и разногласий в прогрессе науки. В ней утверждалось, что наука прогрессирует быстрее всего, если научное сообщество поощряет максимально широкое разногласие среди подготовленных и аккредитованных специалистов до формирования консенсуса, вызванного экспериментальным подтверждением предсказаний фальсифицируемых теорий. Он предложил, что это означает поддержку разнообразных конкурирующих исследовательских программ, и что преждевременное формирование парадигм, не обусловленных экспериментальными данными, может замедлить прогресс науки. В качестве примера для изучения, книга «Были проблемы с физикой» сосредоточена на вопросе фальсифицируемости теории струн, вызванном предложениями использовать антропный принцип для объяснения свойств нашей Вселенной в контексте ландшафта струн. Книга подверглась критике со стороны физика Джозефа Полчински и других теоретиков струн. В своей более ранней книге «Три пути к квантовой гравитации» (2002 г.) Смолин заявил, что петлевая квантовая гравитация и теория струн по сути являются одной и той же концепцией, рассматриваемой с разных точек зрения. В этой книге он также поддерживал голографический принцип. Однако, в книге «Были проблемы с физикой» он резко критиковал доминирование теории струн в современной теоретической физике, которая, по его мнению, подавляет исследования других перспективных подходов. Смолин полагает, что теория струн страдает от серьезных недостатков и обладает нездоровой почти монопольной позицией в сообществе теории частиц. Он призвал к разнообразию подходов к квантовой гравитации и утверждал, что больше внимания следует уделять петлевой квантовой гравитации – подходу, разработанному самим Смолином. Наконец, книга «Были проблемы с физикой» также в широком смысле касается роли противоречий и ценности различных подходов в этике и методологии науки. В том же году, когда была опубликована книга «Были проблемы с физикой», Питер Войт опубликовал книгу для неспециалистов «Даже не ошибка», чьи выводы были схожи с выводами Смолина, а именно, что теория струн является фундаментально ошибочной исследовательской программой.

Награды и почести

Смолин был включен в список 100 ведущих общественных интеллектуалов журнала Foreign Policy под номером 21. Он также один из многих физиков, которых СМИ окрестили "Новым Эйнштейном". Журнал Newsweek 27 июня 2009 года поместил книгу "Трудности с физикой" на 17-е место в списке 50 "Книг нашего времени". В 2007 году он был удостоен премии Майораны от Электронного журнала теоретической физики, а в 2009 году – Мемориальной премии Клопстега от Американской ассоциации преподавателей физики (AAPT) за "выдающиеся заслуги в популяризации физики и передаче энтузиазма к ней широкой публике". Он является членом Королевского общества Канады и Американского физического общества. В 2014 году он получил премию Бухальтера по космологии за работу, опубликованную совместно с Мариной Кортес.

Публикации

1997 год. "Жизнь Космоса". 2001 год. "Три пути к квантовой гравитации". 2006 год. "Проблема с физикой: взлёт теории струн, закат науки и что дальше". Издательство Хоутон Миффлин. 2013 год. "Возрождение времени: от кризиса в физике к будущему Вселенной". 2014 год. "Сингулярная Вселенная и реальность времени: предложение по естественной философии" Ли Смолина и Роберто Мангабейра Унгера, Cambridge University Press. 2019 год. "Неоконченная революция Эйнштейна: поиски за пределами квантовой механики", Penguin Press.