Фил Андерсон: Возможно ли ныне создание новой физики?

Ситуация в науке уже давно сложилась так, что наиболее честные и откровенные слова о глубоко затянувшемся кризисе звучат в основном от старых знаменитых ученых. Старых и очень старых…

«Сегодня я бы вообще не получил работу в науке»

В декабре 2013 года, когда подошел срок для вручения в Швеции очередного комплекта Нобелевских премий, журналист британской газеты The Guardian ухитрился взять интервью у одного из наиболее знаменитых среди новых лауреатов – физика-теоретика Питера Хиггса. [ph]

Слово «ухитрился» привлечено здесь вовсе не просто так, естественно, а по причине того, что в свои 80 с лишним лет Хиггс предпочитает никогда не пользоваться ни мобильной телефонной связью, ни электронной почтой, ни вообще интернетом в целом. Что же касается внимания со стороны назойливых СМИ, то их он просто старается всячески избегать. Поэтому побеседовать с труднодоступным ученым журналисту удалось лишь в таких условиях, где деваться человеку от прессы было в общем-то некуда – на пароме, следовавшем в Стокгольм.

То, что наиболее престижная среди физиков награда, Нобелевская премия, может вручаться исследователям с сильнейшими задержками – по прошествии 25-30, а то и 40 лет после собственно открытия – этот факт давно уже никого не удивляет. Передовая наука стала чрезвычайно сложной, надежно проверить предсказания экспериментами, чтобы убедиться в бесспорной правильности теории, становится всё труднее, а коль скоро из среды молодежи великих открытий что-то совсем уже не появляется, то средний возраст лауреатов ныне отчетливо перевалил за 70-летний рубеж.

Но даже в этих условиях история с Нобелевской премией «за бозон Хиггса» все равно определенно встала особняком – как нечто совсем уж необычное. Во-первых, по той причине, что собственно теоретический механизм, математически описавший порождение массы у субатомных частиц, был разработан Хиггсом в Эдинбурге и независимо-одновременно его многочисленными коллегами в других местах свыше полустолетия тому назад – в начале 1960-х годов.

Ну а во-вторых, ученый-теоретик Питер Хиггс, именем которого назван собственно бозон, принципиально важный для Стандартной Модели частиц и полвека ускользавший от детекторов экспериментаторов, за всю свою последующую научную жизнь опубликовал меньше десятка статей. В беседе же с журналистом «Гардиан», случившейся по пути в Стокгольм, Хиггс откровенно признал, что с такой продуктивностью его уже давным-давно уволили бы из университета – если бы еще в 1980 году он не был впервые номинирован на Нобелевскую премию…

Уже в те времена, рассказал ученый, он стал немалой проблемой для администрации Эдинбургского университета и его физического факультета – когда они стали проводить исследования по оценке эффективности научной работы. По факультету прошел циркуляр с таким запросом ко всем сотрудникам: «Пожалуйста, предоставьте список ваших недавних публикаций». Хиггс отправил им обратно соответствующую бумагу, в которой была лишь одна строка: «Ни одной».

Как он узнал позднее, административные начальники университета, решая судьбу Хиггса, выбрали примерно такую осторожно-предусмотрительную позицию – «Кто его знает, может, он и впрямь когда-нибудь получит Нобелевскую премию. Ну а если нет, что ж, избавиться от него мы сможем всегда»…

В том же «пред-стокгольмском» интервью 84-летний Хиггс (сейчас ему, соответственно, еще на 4 года больше) выразил сильнейшие сомнения, что подобный теоретический прорыв, который ему удалось совершить полвека назад, был бы вообще возможен в условиях современной академической культуры. Ныне ученые все время, непрерывно находятся под гнетущим прессингом – для них всегда предполагается и ожидается, что они постоянно должны сотрудничать с другими коллегами и сами или в коллективе, но регулярно испекать все новые и новые статьи-публикации.

Цитируя ученого дословно:

«Сложно даже представить, каким образом в такого рода климате я вообще смог бы обрести достаточно тишины и покоя, чтобы сделать то, что мне удалось совершить в 1964»…

К 2012 году, когда произошло, наконец, экспериментальное подтверждение бозона Хиггса в CERN, прославленный ученый-ветеран, отмеченный множеством наград и титулов и до Нобеля, после немалого перерыва уже вновь работал в своем Эдинбургском университете – теперь на должности почетного (emeritus) профессора, освобожденного от административных нагрузок. Однако, у теоретика совершенно нет иллюзий на тот счет, что при несколько других раскладах его научная биография могла бы сложиться в корне иначе.

К тому времени, когда Хиггс выходил в отставку в 1996, он ощущал себя крайне неуютно в условиях новой академической культуры:

«После того, как я ушел на пенсию, прошло довольно много времени, прежде чем я вернулся на свой факультет. Я считал, что слишком уж сильно выпадаю из всего этого. Ведь это уже совершенно не соответствовало тому, как предпочитал заниматься вещами я сам. Сегодня я бы вообще не получил работу в академической науке. Это просто самоочевидный факт. Практически наверняка меня сочли бы недостаточно продуктивным»…

#

«Больше, но иначе: заметки ворчуна»

В том же декабре 2013, но только по другую сторону Атлантического океана, в Принстонском университете США торжественно отмечали 90-летний юбилей другого выдающегося теоретика и нобелевского лауреата, Филипа Уоррена Андерсона.

Фил Андерсон в окружении прославленных коллег, собравшихся на конференцию в честь юбилея ветерана. Слева направо: Энтони Леггетт, нобелевский лауреат по физике 2003 года; Вальтер Кон, нобелевский лауреат по химиии 1998; Дэн Цуи, нобелевский лауреат по физике 1998; виновник торжества Ф.Андерсон; Эдвард Виттен, филдсовский медалист 1990 г.; Фрэнк Вильчек, нобелевский лауреат по физике 2004; Дуглас Ошеров, нобелевский лауреат по физике 1996.

Фил Андерсон был удостоен высшей для ученых награды давным-давно, еще в 1977 году, имеет очень внушительное научное наследие из множества статей и книг, да и работал он всю свою творческую жизнь в существенно иной области, нежели Питер Хиггс, – сначала носившей название «физика твердого тела», а в последние десятилетия обычно именуемой физика конденсированного состояния вещества. Иначе говоря, этот ученый-теоретик всегда занимался исследованиями в максимальной степени конкретных вещей, таких как полупроводники и сверхпроводящие материалы, а его открытия уже давно и реально воплощены во множестве технологий, окружающих современного человека.

Но при всем этом изобилии очевидных внешних различий, не только имена, но и базовые научные идеи того и другого ученого на самом деле очень тесно связаны и переплетены. Начать можно с того, что в кругах действительно знающих специалистов та математика уравнений, что лежит в основе чрезвычайно абстрактных поначалу предсказаний бозона Хиггса, обычно носит название «механизм Андерсона-Хиггса». И это, естественно, далеко не случайность.

Ибо на самом деле этот механизм Филип Андерсон придумал в 1962 году и опубликовал весной 1963 [pa] – но только не для физики субатомных частиц, а для куда более близкой ему физики твердого тела. Здесь идеи и математика Андерсона весьма оригинально объяснили определенный феномен в явлении сверхпроводимости – как результат которого у квазичастиц-плазмонов появлялись дополнительные свойства инертности, соответствующие массе.

Когда Питер Хиггс по случаю увидел эту работу и начал о ней размышлять, то в конечном итоге его осенило – каким образом те же самые идеи о вихревых квазичастицах в сверхпроводящей среде можно было бы переписать на языке субатомной физики с её «точечными частицами» в условиях «вакуума». Результатом этой замечательной трансформации стала знаменитая ныне статья Хиггса 1964 года, принесшая ему Нобелевскую премию полвека спустя, в 2013. К чести ученого, сразу же во вступлении к своей знаменитой работе он в явном виде сослался на первоисточник идеи:

«Данный феномен [порождения массы] – это просто релятивистский аналог феномена плазмона, к которому привлек внимание Филип Андерсон»…

Здесь сразу же следует подчеркнуть, что прочие первооткрыватели «бозона Хиггса» (общим числом около 6 или 7), примерно тогда же независимо обнаружившие и описавшие этот физико-математический механизм, ссылаться на Андерсона сочли то ли излишним, то ли неуместным. А может, и действительно были не в курсе…

Но как бы там ни было, важность концептуальных идей «твердотельщика» Андерсона в области физики частиц высоких энергий – это абсолютно неоспоримый научный факт. Еще раз обратить особое внимание на который счел совершенно необходимым знаменитый теоретик Эд Виттен в своем выступлении на чествованиях 90-летия ветерана:

«Фил был одним из первых, кто открыл близкие аналогии между физикой конденсированной материи и релятивистской физикой частиц»…

Если же перевести суть этих «близких аналогий» на язык общедоступных для всех идей и понятий, то самое честное – это просто признать, что с начала 1960-х годов, как минимум, в релятивистской физике частиц активно и повсеместно работают с «пустым пространством» как с подвижной материальной средой. Или иначе – с динамическим «эфиром». Вот только признать этот факт открыто и официально не решаются до сих пор – в силу давно наложенного глупого табу на слово эфир… [tb]

Здесь, впрочем, речь идет совсем не об этих предрассудках и суевериях современных научных сфер, а о примечательных соответствиях идей и взглядов выдающихся ученых. Ибо у Филипа Андерсона, занимающегося написанием разнообразных текстов регулярно и куда более охотно, нежели Питер Хиггс, не так давно вышла целая книга-сборник с разнообразными наблюдениями и критическими размышлениями по поводу академической науки вообще и утвердившихся в ней, в частности, дефективных порядков, всячески препятствующих научному прогрессу.

Книга Андерсона носит подобающее название «Больше и иначе: заметки от вдумчивого ворчуна» [md]. А по поводу очевидно неблагополучного положения с открытиями в нынешней физической науке, переживающей глубокий кризис фундаментального порядка, наиболее внятно и доходчиво мнение автора доносит небольшой текст сборника под таким названием-вопросом: «Могли бы в современной Америке изобрести квантовую механику?» (стр. 166-173).

Принимая во внимание особую актуальность данного текста, имеет смысл привести здесь его (почти полный) перевод.

[Начало цитаты]

Мой гарвардский однокашник, Томас С. Кун, в свое время написал влиятельную книгу о научных революциях [tk]. Многие научные революции, к счастью, не следуют описанному им сценарию. Однако та, на которой он был сфокусирован особо – открытие квантовой механики, – описывается его моделью хорошо, разбираясь с вещами, наиболее существенными для всякой революции, происходящей в самой сердцевине зрелой науки.

Кун описал появление «аномалий», то есть наблюдений, которые необъяснимы в рамках существующей теории или даже ей противоречат, однако определенно присутствуют – сначала как несколько особых единичных случаев, а затем как отчетливо нарастающий поток.

Затем возникает состояние «кризиса» – такого состояния, при котором затронутая наука демонстрирует все симптомы, присущие психическому расстройству или социальному распаду. Наиболее характерным поведением при этом становится отрицание аномалий, принимающее несколько разных форм:
– атаки на правильность или аккуратность аномальных наблюдений;
– замысловатые альтернативные интерпретации экспериментальных данных в соответствии с общепринятыми идеями;
– или же, в большинстве случаев, просто огульное отрицание важности наблюдений.

Теоретики тем временем изобретают все более заумные версии стандартных идей. В случае квантовой механики, в частности, появляются все более и более изощренные способы вычислений в рамках старой квантовой теории. Таких способов, которые могли бы объяснить любые или даже все наблюдения – но делая это очень сложно и непрозрачно. Другие же экспериментируют с маловероятными сценариями.

Эта история в изложении Куна создает впечатление, что все завершилось, тем не менее, счастливым концом: Гейзенберг, Шрёдингер и Дирак разворачивают перед коллегами верную теорию, которая очень быстро привлекает к себе многих из квантовых теоретиков старой школы – Бора, Слейтера, Ван Флека, Борна, Крамерса – к великой работе по её подтверждению. И сметает затем все, что было до этого.

Данная картина воплощает новую «парадигму» – концептуально новый способ мышления. Конечно же, как отмечает и сам Кун, в науке и дальше оставалось всё ещё много и таких, кто был слишком глубоко предан первоначальным воззрениям, чтобы их переменить. Причем некоторые из таких людей продолжали сохранять существенную влиятельность: Неел, Раман и так далее, даже Эйнштейн. И я мог бы поспорить, что и Бор с его идеей «комплементарности» был весьма неохотным новообращенным.

Так что квантовая механика никоим образом не выражала взгляды большинства еще и много лет тому спустя. Но как бы там ни было, у новаторов с самого начала имелись адекватное финансирование и превосходная среда для публикаций, где они могли предоставить сообществу свои воззрения. Парадигма в итоге сдвинулась, а квантовая механика стала доминировать.

Ну а теперь давайте, однако, представим, что нечто подобное происходило бы ныне в Америке – и перепишем эту историю соответствующим образом:

(1) Гейзенберг, в отчаянных попытках получить достойную должность публикующий от 10 до 15 статей в год по старой квантовой теории, был бы слишком занят, чтобы остановиться и подумать. Финансирование собственных исследований Гейзенберга уже давно прекратилось, поскольку многие из рецензентов NSF, Национального научного фонда, даже в старую-то квантовую теорию толком не верили, а сам он неизменно получал от них одну-две крайне отрицательные рецензии.

(2) Шрёдингер никогда не смог бы достичь того уровня продуктивности, что требуется ныне для получения должности или целевого финансирования. Тем не менее, работу Шрёдингера все же удается пристроить в редакцию солидного научного журнала, однако редактор Physical Review Letters, не желая брать на себя ответственность, рассылает шредингерову статью по волновой механике целому ряду специалистов в областях гидродинамики и оптики. Рецензенты единодушно статью зарубают. Помощник редактора, к которому Шрёдингер пытается апеллировать, расценивает работу как «не вписывающуюся в мейнстрим» и соглашается с остальными.

(3) Дирак, которому улыбнулась удача обрести некоторую репутацию в области математики, подхватывает отвергнутые идеи Шрёдингера и готовит о них несколько заказанных статей для APS, Американского физического общества, а также доклады для ряда международных конференций того или иного рода. Из-за тихого нрава и скромных манер Дирака на эти статьи мало кто обращает внимание, а поскольку вокруг и так хватает более популярных и более привычных «альтернативных теорий», докладываемых на тех же самых конференциях, в итоге на новые дираковы идеи навешивается ярлык «сомнительных».

(4) Что бы там ни происходило на теоретическом фланге, в области экспериментов те данные спектроскопии, на которых основана новая квантовая теория, сами по себе оказываются объектом серьезнейшей атаки. Потому что есть ещё и другие данные, лучше согласующиеся с популярными версиями старой квантовой теории, а потому и более широко принимаемые. Причем поставщики этих данных, хотя и неверных, финансируются намного щедрее. И хотя другие исследователи публикуют формально правильные результаты, в резюме своих статей они выстраивают слова и фразы так, чтобы создавалось впечатление, будто они достигли нирванического «согласия опыта с теорией».

(5) На данном этапе исследований становится ясно, что «кристаллический детектор», применявшийся в ранних устройствах радио, может иметь огромные коммерческие выгоды и демонстрирует, похоже, квантовый эффект. Сотни миллионов долларов вбухиваются в исследовательские институты, научные центры и так далее – все ради изучения квантовой физики. Каждый из таких центров формирует вокруг себя локальную теоретическую школу, остро конкурирующую с остальными. Причем собственная версия фактов у каждой из школ не может безнаказанно противоречить экспериментаторам Центра, который финансируется лучше всех…

Тем временем Гейзенберг, наконец-то обретший желаемую должность, подмечает некоторые интересные эксперименты с рассеиванием электронов на поверхностях – что поразительно подтверждает идеи Шрёдингера и Дирака. Однако, коль скоро результаты эти были получены исследователями независимо и по счастливой случайности, их легко топят влиятельные группы, контролирующие всю эту область благодаря близости к Центру. Топят на основе аргументов о слабом разрешении аппаратуры и о нестандартных технических приемах исследователей.

В итоге же усиленное финансирование уходит на многократное увеличение объемов публикаций и количества конференций, на которых великое множество групп яростно спорит друг с другом о приоритетах для каждой из своих неверных теорий…

Фантазия, скажете вы? Да нет, не совсем. Несколько лет назад Лео Каданов описал здесь же, в этой колонке, нынешнее состояние физики в крайне едких выражениях, включая, для особого упоминания, и подразделы теории высокотемпературной сверхпроводимости.

Этот феномен продемонстрировал всем уже существовавшее и ранее состояние кризиса (но не собственно его причину) в квантовой теории металлов – такого кризиса, который вовсю сигналит о необходимости серьезного сдвига парадигмы. Но при этом факт открытия высокотемпературной сверхпроводимости уже сам по себе, похоже, делает данный кризис и почти неразрешимым – по причине тех гигантских финансовых и политических ресурсов, которые находятся в распоряжении многих «школ», успевших вырасти на этой почве в теоретическом сообществе.

Большинство таких школ популярны только лишь по той причине, что они отрицают факт существования кризиса и необходимость пересмотра фундаментальных основ в предмете их исследований, по причине высокого уровня конкуренции в данной области, а также по причине потока данных со сложной и противоречивой экспериментальной информацией. Причем только некоторые из этих данных заслуживают доверия, а основная их часть содержит сознательные, или даже еще хуже, бессознательные искажения из-за собственных смещенностей в оценках у экспериментаторов.

На встречах и конференциях, где все эти специалисты собираются вместе для обсуждений, очень часто ощущается дух нетерпимости, причем как нетерпимости у докладчиков к аудитории – за её восприятие других выступающих всерьез, так и нетерпимости у аудитории – к проповедникам еще одной неправдоподобной и откровенно кривой «теории».

Но при этом все – как докладчики, так и аудитория – оказываются заложниками той в высшей степени неудачной социологической системы нашей науки, для которой сам я не в силах предложить лечение…

[Конец цитаты]

#

«Нужно больше инакомыслящих»

Для финала осталось рассказать если и не о средстве лечения для затянувшейся болезни, то по меньшей мере о попытках привлечь внимание народа к большой проблеме. Что уже немало.

В марте 2014, то есть всего через несколько месяцев после чествований Питера Хиггса и Фила Андерсона, на страницах уже знакомой нам британской газеты The Guardian было опубликовано открытое письмо [mm] к общественности от большой группы – из нескольких десятков – авторитетных ученых, включая и ряд нобелевских лауреатов (процитированных выше ветеранов-нобелевцев среди подписантов не отмечено, ясности ради надо отметить).

Письмо имело заголовок «Нам нужно больше инакомыслящих в науке» и звучало как своего рода воззвание интеллектуалов к широкому обществу. Если в двух словах, то суть их манифеста сводится к констатации унылого и настораживающего факта – в фундаментальной науке уже довольно давно практически не происходит никаких действительно важных открытий.

Если же чуть подробнее, то авторы воззвания, во-первых, уверены, что вполне отчетливо видят причины происходящего, и, во-вторых, пытаются донести до общества, что очевидная стагнация в области фундаментальных теорий – это однозначно плохо для нашего всеобщего развития и благополучия. А потому ситуацию явно необходимо выправлять…

Большая беда с наукой, по наблюдениям подписантов, происходит уже довольно давно, отсчитывая примерно с 1970 года. Если прежде ученые в массе своей имели доступ к достаточно скромным фондам финансирования, но при этом могли использовать их по своему усмотрению, то на рубеже 1960-1970-х годов утвердилась в корне иная схема для организации научных работ.

Политические государственные структуры очень ощутимо и эффективно взяли под свой контроль практически все академические секторы исследований. Важнейшими инструментами такого контроля стали предварительное рецензирование публикаций и более жесткое финансирование работ в соответствии с заранее выбранными приоритетами «национальной политики».

По этой схеме неординарные новаторские разработки часто отвергаются экспертами еще на этапе рецензирования, а финансовые ресурсы выделяются в массе своей лишь на такие исследования, что лежат в рамках уже утвердившихся теорий. Соответственно, те предложения и идеи, что при отборе были отвергнуты, обычно оказываются для науки утраченными.

Иначе говоря, ныне большая наука, управляемая менеджерами [ms], напрочь утратила вкус и нюх к непредсказуемому. Из 500 важнейших научных открытий XX века практически все были сделаны до 1970 года. По сути, все они бросали вызов доминирующей в ту пору мейнстрим-науке. И по сегодняшним меркам, наиболее вероятно, все эти разработки были бы зарублены уже на самом начальном этапе рождения. Как естественное следствие, в теоретической науке фактически перестали происходить неожиданные вещи…

Завершается воззвание такими словами:

«Когда-то инакомыслящие играли в научных исследованиях важнейшую роль. Их работа, на самом деле, определила то, каким был XX век. Сегодня мы должны научиться вновь, каким образом их поддерживать. И предоставить новые возможности для непредсказуемого будущего – как социального, так и экономического. И нам нужны влиятельные союзники. Быть может, читатели могли бы тут помочь?»

Конец цитаты, как говорится…

# # #

Источники и дополнительное чтение

[ph] “Peter Higgs: I wouldn’t be productive enough for today’s academic system”, The Guardian, 6 December 2013

[pa] Philip W. Anderson, «Plasmons, gauge invariance, and mass». Physical Review. American Physical Society. 130 (1): 439–442 , PDF

[tb] Содержательные комментарии по поводу «табу на эфир» см. в текстах от нобелевского лауреата Р. Лафлина – SM#10: раздел «Две цитаты». И от нобелевского лауреата Ф. Вильчека – SM#9s: раздел «Пустота как многослойная реальность»

[md] Philip W. Anderson, «More and Different. Notes from a Thoughtful Curmudgeon», World Scientific, 2011

[tk] Thomas S. Kuhn, «The Structure of Scientific Revolutions», University of Chicago Press, 1962

[mm] «We need more scientific mavericks», The Guardian, 18 March 2014

[ms] О том, как послевоенной мировой науке навязывали существенно иную культуру и жизнь – полностью контролируемую «менеджерами» государств и корпораций – ЖЭГ#7:«Бунт ученого»

# # #