Време за четене: 6 минути
Теоретичният физик Фей Доукър казва, че научният напредък зависи от дебата.
Теорията на Айнщайн за гравитацията не си играе добре с квантовата физика. Теоретични физици като професор Фей Доукър работят за създаването на теория, която прави: квантовата гравитация. Тя казва на Ейми Барет защо грешката е стъпка към постигане на консенсус.
Върху какво работите в момента?
Работя върху проблема с квантовата гравитация и това е проблем, а не теория, защото все още нямаме теория за квантовата гравитация. И така, предизвикателството е да се намери такъв.
Това е проблем, защото нашите настоящи две най-добри фундаментални теории във физиката не са съвместими една с друга. Силно твърдение е да се каже, че те са противоречиви, но всъщност не се страхувам да кажа това. Мисля, че науката напредва, като разглежда противоречията между различни части от настоящото ни разбиране и се фокусира върху тези противоречия, за да постигне напредък.
И така, науката толерира противоречията, но не завинаги. Във всеки конкретен момент от историята винаги ще има противоречия между различни части от нашето разбиране и тези противоречия са точно там, върху което искаме да се съсредоточим, за да се справим по-добре. Да се опитаме да обединим нашето разбиране.
Конкретният подход, върху който работя, се нарича теория на причинно-следствените множества. Причинно-следственият набор е просто името, което даваме на математическия, дискретен, атомен обект, който предлагаме да е фундаменталната основа на пространство-времето.
Как се занимавате с проучване – как изглежда един ден за вас?
Един типичен ден ще включва може би лекция, подготовка за урок, разговор с моите докторанти за техните проекти, сядане, четене на интересна статия, която току-що излезе. Така че е много разнообразно и това е едно от страхотните неща в моята работа. Когато преподавам, смесвам пристъпи на мислене за изследвания и правене на изследвания с подготовката си за преподаване, срещи със студенти.
Аз съм теоретичен физик, което означава, че не съм обвързан с лаборатория, така че мога да правя изследванията си почти навсякъде. Използвам много компютър, така че често седя на бюро и чета документи на компютъра си.
Трудно ми е да мисля без лист хартия пред себе си и химикал в ръката си, така че правя изчисления, драскайки бележки на хартия.
Моите колеги използват много компютърни симулации. Компютрите са невероятно полезни, въпреки че се занимаваме с теоретична физика. Хората използват компютри, за да симулират моделите, които създават, а също и за решаване на трудни уравнения: често компютрите могат да правят това, което ние не можем.
Хората използват компютри за решаване на диференциални уравнения, например уравненията, които управляват геометрията и структурата на пространство-времето: уравненията на Айнщайн. Те са много трудни за решаване аналитично, само с молив и хартия.
Така че трябва да използваме огромни количества изчислителна мощност, за да решим тези уравнения, за да ни кажем например как ще изглежда формата на гравитационните вълни, идващи от сблъсъци на черни дупки.
Колко физици работят върху проблема, който се надявате да разрешите?
Това е глобална общност от хора, работещи върху квантовата гравитация. Има различни подходи.
Разделени сме на различни подходи, така че някои хора ще се съсредоточат върху една евристична мотивация, а други ще се фокусират върху различна отправна точка, ако желаете. И в момента експерименталните доказателства са оскъдни и затова е трудно да се ръководим от действителни наблюдения.
Създателят на теорията, върху която работя, теорията на причинно-следствените множества, е физик на име Рафаел Соркин. Той работи в Perimeter Institute във Ватерло в Канада и той е този, чиято работа напредва в теорията повече от всеки друг.
Защо е важно да разрешим този проблем с квантовата гравитация?
Това е олицетворение на това, което е науката, да се опитаме да подобрим нашето разбиране за Вселената. И както казах, науката толерира противоречията, но не ги толерира вечно. И така, науката напредва чрез разрешаване на противоречия между различни части от настоящото ни разбиране.
Научният стремеж да разберем по-добре е това, което мотивира опитите ни да открием, нашия стремеж да намерим теория за квантовата гравитация. Проблемът с квантовата гравитация е толкова фундаментален: пространството-времето е арената, на която всичко, което се случва, се случва. Това е нашата Вселена.
Така че разбирането, че по-доброто на фундаментално ниво непременно ще има последствия, които не можем да предвидим, защото все още не знаем какво е квантовата гравитация. Това със сигурност ще има последствия във всяка част от живота ни. Въпреки че, както казах, е трудно да се предвиди какви ще бъдат те.
Колко далеч сме от разбирането на това?
Ако знаех това… [смее се] Просто не знам. Мисля, че много зависи от това какво ще се случи в космологията в бъдеще. Какъв вид нови данни ще дойдат. В момента има напрежение, някои хора дори сега биха го нарекли противоречие, между нашата най-добра теория, стандартния модел на космологията и нашите наблюдения, по-специално нашите наблюдения върху скоростта на разширяване на Вселената.
И така, Вселената се разширява, нашите галактики се отдалечават все повече и повече една от друга и можем да измерим скоростта, с която се случва това.
Тази скорост сега е в противоречие с нашия стандартен модел на космология. Противоречията са силни, но физиците експериментатори са много консервативни. Те не искат да обявяват противоречие, докато не са наистина, наистина сигурни, но сега има нарастващо напрежение между нашите наблюдения и модела, който използваме в момента.
Мисля, че това ще покаже, че нашият стандартен модел на космологията трябва да бъде реформиран и мисля, че това ще бъде ключ към квантовата гравитация. Но ще видим. Това е нещо, което може или не може да се случи през следващите няколко години, когато се съберат повече космологични данни.
Има ли погрешни схващания на широката общественост относно космологията и квантовата механика?
Когато изнасям публични лекции, се изумявам колко добре са информирани хората. Често получавам въпроси от публиката, когато изнасям публична лекция, които са много по-проницателни и остроумни от тези, които ми задават моите колеги.
Мисля, че това е така, защото когато хората се интересуват, те имат много по-широка перспектива. Те са много по-въпросителни. Те искат да знаят като цяло защо човек се интересува от това. Защо човек прави това? Какви са по-широките проблеми тук? Наслаждавам се изключително много.
Хората са много проницателни: те могат да забележат непоследователност във вашия аргумент.
Наистина ми харесва да говоря с неспециалисти, защото техните въпроси са много предизвикателни и често много добре информирани, особено относно космологията.
Квантовата механика е различен въпрос, но това не е по вина на хората, на заинтересованите неспециалисти. Объркването и може би погрешните схващания относно квантовата механика, които изобилстват – и те наистина изобилстват – са, защото самата общност от физици не е стигнала до консенсус относно квантовата механика и как да я разберем.
Това е забележителна ситуация, като се има предвид, че квантовата механика е създадена през 1925 г. и е, по думите на Айнщайн, нашата най-успешна физическа теория, но все още няма консенсус как да я разбираме. Какво означава. Какво означава? Каква картина на света ни дава?
Това е различна ситуация от общата теория на относителността. В научната общност има консенсус относно картината на света, която общата теория на относителността ни дава. Няма консенсус относно картината на света, която ни дава квантовата механика. Има различни гледни точки. Една гледна точка е, че дори задаването на този въпрос е загуба на време и не трябва да се притесняваме.
Но сред онези, които смятат, че това е истински, важен физически въпрос, и аз включвам себе си в тази категория, има различни мнения. И така, това, което заинтересованите неспециалисти разбират, е, че има разногласия, има противоречия, има различни гледни точки и има много противоречиви изявления, направени от физици относно природата на квантовата механика.
Някои може дори да кажат, че в науката няма място за мнение – как се чувствате за това?
Изненадан съм, че някой би си помислил, че в науката няма мнения. Как може някой да остане с това впечатление? Искам да кажа, че науката процъфтява от дебат, дискусия и несъгласие.
Дори отделен учен, ако погледнете какво казват, тяхната работа… която се развива с течение на времето. По-късната работа и изявления на хората може да не са в съответствие с предишната им работа и изявления. И така, като общност ние непрекъснато, постоянно обсъждаме и спорим помежду си.
It’s the way science works, and also, it’s the strength of science. Individuals can always be wrong. In fact, we’re wrong a lot of the time, but the community as a whole advances because we can reach consensus. We have to persuade each other. We have to convince each other that the evidence for something is strong enough that we change our opinion, and that’s the strength of it.
What about your own journey through science? How did you get to where you are today?
When I was a young girl and young student, I was very interested in maths. I wasn’t too interested in physics at school, and I went to university to study maths. Then, in my third year, I learnt about general relativity, and I loved it.
I’ve loved it ever since, and it’s been the rock on which I’ve rested my intellectual journey. I had the opportunity to teach it to my undergraduate students and it was a joy, a privilege and, yeah, it was my dream teaching experience.
So, I came to physics late in life, I suppose, in the sense that it was only while I was an undergraduate student that I started to be interested in physics.
Quantum gravity always seemed to me to be the most fundamental question that one could ask. I loved general relativity, but I could see that it didn’t accord with our understanding of matter. So, I wanted to know, and still want to know, how to make that work. How to reconcile the quantum nature of the world with our understanding of gravity.
