Красота физики

Их красота, прежде всего, коренится в симметрии законов, что означает возможность изменения без изменения — точное, но в тоже время, практически мистическое понятие. Так же, как круг может вращаться вокруг своего центра под любым углом, меняя положение каждой из своих точек, но не меняя своей формы, симметричные законы действуют в изменившихся ситуация. Например, специальная теория относительности утверждает, что фундаментальные законы физики остаются неизменными, когда мы смотрим на мир с платформы, движущейся с постоянной скоростью. Точно так же, так называемая симметрия перевода времени скрывает единообразие физического закона во времени: даже по мере того, как вселенная стареет, законы остаются прежними.

Вторым источником красоты в законах физики является их продуктивность — то, что я называю их изобилием. Всего несколько базовых принципов порождают удивительное изобилие выводов — все в физическом мире! Вы можете написать уравнения основных теорий физики — известных как стандартная модель — совершенно спокойно на футболке. Перефразируя Герца, они отдают гораздо больше, чем мы вкладываем.

Важно отметить, что физические законы не обязательно должны обладать такими удивительными свойствами. Представьте гипотетическую ситуацию: разработки в области компьютерной мощности, виртуальной реальности и искусственного интеллекта позволяют создание "сознательных существ", «мир» которых, с нашей точки зрения, запрограммированная симуляция. Если бы Супер Марио начал бы анализировать законы своего мира, он нашел бы очень мало симметрии или продуктивности. Вместо этого, он найдет обширную коллекцию мало связанных между собой необычных правил, отражающих прихоти программиста.

Красота физических законов является слишком впечатляющей, чтобы быть случайной. Благодаря этому на протяжении всей истории цивилизации люди продолжают верить, что мы созданы каким-то высшим существом, обладающим хорошим вкусом, и что мы населяем сознательно созданный мир, как наш условный Супер Марио. Эта экстравагантная гипотеза выходит далеко за рамки фактов, которые она призвана объяснить. Прежде чем ее принять, мы должны изучить больше экономических альтернатив.

Ответ, вероятнее всего, находится внутри нас. Красивые вещи, это те в которых мы ищем и находим удовольствие. С точки зрения нейробиологии, они являются тем, что стимулирует нашу систему поощрений. Это объясняет, почему родители, как правило, считают своих маленьких детей красивыми, а взрослых привлекают красивые модели и их изображения.

Эволюционная польза красоты физических законов несколько менее очевидна, но не менее реальна. Учитывая пользу точной оценки последствий наших действий, наша система поощрений развивалась таким образом, что мы получаем удовольствие от успешных прогнозов. Понимание сил и закономерностей, определяющих наш мир, и особенно принципов, которые применяются в самых разнообразных ситуациях, может помочь усовершенствовать наши прогнозы. Тот факт, что мы часто можем определить поведение сложных объектов или систем, зная их составляющие, — что мы возвращаем больше, чем вложили — помогает усовершенствовать будущие прогнозы.

Иными словами, так как эволюция склоняет нас к поиску тех красивых вещей, которые помогают нам правильно понять мир, не случайно, что мы находим правильные законы природы красивыми. С этой точки зрения, видимая красота законов физики — наше стремление к их симметрии и универсальности — не удивительна.

То, что остается загадкой, это почему они постижимы. Глубокая связь между красотой и постижимостью становится все более важным источником научно-технического прогресса. Сегодняшние границы фундаментальной физики далеки от повседневного опыта. Их сложно и дорого получить экспериментальным путем, и мы не можем полагаться на нашу интуицию, чтобы решить пробелы. Таким образом, кропотливое накопление фактов, рекомендованное Фрэнсисом Бэконом, Исааком Ньютоном и Шерлоком Холмсом, далеко не всегда эффективно.

Вместо этого, мы развернули процесс, используя догадки, чтобы мотивировать эксперимент. Мы сначала строим красивые уравнения, затем выводим их значение, и, наконец, проводим эксперименты, чтобы их проверить. В последние десятилетия, такая стратегия оказалась весьма успешной. Это дало нам квантовую хромодинамику, которая решает центральную проблему ядерной физики, а также прогнозирование бозона Хиггса и многое другое.

Вместо того, чтобы признать красоту законов, открытую иначе, мы используем принципы красоты — огромную симметрию и высокое соотношение между вложением и отдачей — чтобы сделать открытие возможным. Когда это работает, у нас есть «антропное» объяснение красоты законов: Если бы они не были красивы, мы бы их не нашли.

Франк Вилчек (Frank Wilczek), "Project Syndicate"