Ли Смолин ( / ˈs m oʊ l ɪ n / ; родился 6 июня 1955) — американский физик-теоретик , преподаватель Института теоретической физики «Периметр» , адъюнкт-профессор физики Университета Ватерлоо и член аспирант кафедры философии Университета Торонто . В книге Смолина «Проблемы с физикой» 2006 года теория струн подверглась критике как жизнеспособная научная теория. Он внес вклад в теорию квантовой гравитации , в частности в подход, известный как петлевая квантовая гравитация . Он утверждает, что два основных подхода к квантовой гравитации — петлевая квантовая гравитация и теория струн — могут быть согласованы как разные аспекты одной и той же базовой теории. Он также защищает альтернативный взгляд на пространство и время, который он называет временным натурализмом. Его исследовательские интересы также включают космологию , теорию элементарных частиц , основы квантовой механики и теоретическую биологию . [2]
Смолин родился в Нью-Йорке [3] в семье Михаила Смолина, инженера-эколога и технолога, и Полины Смолин, драматурга. Смолин сказал, что его родители были еврейскими последователями Четвертого пути , основанного Георгием Гурджиевым , армянским мистиком. Смолин называл себя евреем. [4] Его брат, Дэвид М. Смолин , стал профессором Камберлендской юридической школы в Бирмингеме, штат Алабама. [5]
Смолин бросил среднюю школу Уолнат-Хиллз в Цинциннати, штат Огайо. Его интерес к физике начался в то время, когда он прочитал размышления Эйнштейна о двух задачах, которые он оставил незавершенными после своей смерти: 1 — разобраться в квантовой механике и 2 — объединить это понимание квантов с гравитацией. Смолин считал своей «миссией» попытаться выполнить эти задачи. [6] : 12 Вскоре после этого он просматривал физическую библиотеку Университета Цинциннати , где наткнулся на теорию пилотных волн Луи де Бройля на французском языке. «Я все еще могу закрыть глаза, — писал Смолин в «Неоконченной революции Эйнштейна», — и увидеть страницу книги, на которой изображено уравнение, связывающее длину волны с импульсом » . Что касается его миссии по решению двух важнейших вопросов Эйнштейна, то, по словам Смолина, он не преуспел. «К большому сожалению, никто другой не добился успеха». [6] : 13
Смолин продолжал участвовать в театральной деятельности, став научным консультантом таких пьес, как « Прогулка в лесу » Ли Блессинга , «Вмешательство фона » Дручиллы Корнелл и «Бесконечность » Ханны Москович . [7]
Смолин женат на Дине Грейзер, юристе и консультанте по городской политике из Торонто , Онтарио. Ранее он был женат на Фотини Маркопулу-Каламаре . [8] Его брат — профессор права Дэвид М. Смолин .
Он занимал постдокторские исследовательские должности в Институте перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси , Институте теоретической физики Кавли в Санта-Барбаре и Чикагском университете , прежде чем стать преподавателем в Йельском , Сиракузском и Пенсильванском государственных университетах. Он был приглашенным научным сотрудником Института перспективных исследований в 1995 году [9] и приглашенным профессором Имперского колледжа Лондона (1999–2001 годы), прежде чем стать одним из преподавателей-основателей Института Периметра в 2001 году.
Смолин внес вклад в теорию петлевой квантовой гравитации (LQG) в совместной работе с Тедом Джейкобсоном , Карло Ровелли , Луисом Крейном, Абхаем Аштекаром и другими. LQG — это подход к объединению квантовой механики с общей теорией относительности, который использует переформулировку общей теории относительности на языке теорий калибровочного поля , что позволяет использовать методы физики элементарных частиц, в частности выражение полей в терминах динамики петель. . Вместе с Ровелли он открыл дискретность площадей и объёмов и нашел их естественное выражение в терминах дискретного описания квантовой геометрии в терминах спиновых сетей . В последние годы он сосредоточился на соединении LQG с феноменологией , разрабатывая выводы для экспериментальных проверок симметрии пространства-времени, а также исследуя способы, которыми элементарные частицы и их взаимодействия могут возникнуть из геометрии пространства-времени.
В период с 1999 по 2002 год Смолин сделал несколько предложений по созданию фундаментальной формулировки теории струн, которая не зависит от приближенных описаний с использованием классических фоновых моделей пространства-времени.
Смолин принадлежит к числу тех теоретиков, которые предположили, что эффекты квантовой гравитации можно исследовать экспериментально путем поиска модификаций в специальной теории относительности, обнаруженных в наблюдениях за астрофизическими явлениями высоких энергий. К ним относятся космические лучи очень высоких энергий, а также фотоны и нейтрино от гамма-всплесков. Среди вкладов Смолина - совместное изобретение двойной специальной теории относительности (совместно с Жоау Магейжу , независимо от работы Джованни Амелино-Камелии ) и относительной локальности (совместно с Амелино-Камелией, Лораном Фрейделем и Ежи Ковальски-Гликманом).
Смолин работал с начала 1980-х годов над серией предложений по теориям скрытых переменных, которые представляли собой нелокальные детерминистские теории, дающие точное описание отдельных квантовых явлений. В последние годы он разработал два новых подхода к интерпретации квантовой механики, предложенные его работами о реальности времени: интерпретация реального ансамбля и принцип старшинства.
Гипотеза Смолина о космологическом естественном отборе, также называемая теорией плодородных вселенных , предполагает, что процесс, аналогичный биологическому естественному отбору, применим в самых грандиозных масштабах. Смолин опубликовал эту идею в 1992 году и обобщил ее в книге « Жизнь космоса» , предназначенной для непрофессиональной аудитории .
Черные дыры играют определенную роль в этом естественном отборе. В плодотворной теории коллапсирующая [ нужны разъяснения ] черная дыра вызывает возникновение новой Вселенной на «другой стороне», фундаментальные постоянные параметры которой (массы элементарных частиц, постоянная Планка , элементарный заряд и т. д.) могут незначительно отличаться от те из Вселенной, где рухнула черная дыра. Каждая вселенная порождает столько же новых вселенных — своих «потомков» — сколько у нее черных дыр, что дает эволюционное преимущество вселенным, в которых распространены черные дыры, похожие на нашу собственную. Таким образом, теория объясняет, почему наша Вселенная кажется «точно настроенной» для возникновения жизни, какой мы ее знаем. Поскольку теория применяет к вселенным эволюционные концепции «воспроизведения», «мутации» и «отбора», она формально аналогична моделям популяционной биологии .
Когда Смолин опубликовал теорию в 1992 году, он предположил в качестве предсказания своей теории, что ни одна нейтронная звезда не должна существовать с массой, превышающей массу Солнца более чем в 1,6 раза. [ нужна цитата ] Позже эта цифра была увеличена 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 ее простейшей форме, управляемой одним полем и параметром.
Смолин внес вклад в философию физики, написав ряд статей и книг, в которых отстаивается реляционный, или лейбницианский , взгляд на пространство и время. С 2006 года он сотрудничал с бразильским философом и профессором Гарвардской школы права Роберто Мангабейрой Унгером по вопросам реальности времени и эволюции законов; в 2014 году они опубликовали книгу, две части которой написаны отдельно. [10]
В апреле 2013 года появилось книжное изложение философских взглядов Смолина. Time Reborn утверждает, что физическая наука сделала время нереальным, хотя, как настаивает Смолин, оно является наиболее фундаментальной особенностью реальности: «Пространство может быть иллюзией, но время должно быть реальным. (с. 179). Адекватное описание, по его мнению, дало бы лейбницианскую вселенную : неразличимые не допускаются, и каждое различие должно соответствовать какому-то другому различию, как того требует принцип достаточного основания . Несколько месяцев спустя более краткий текст был опубликован в статье под названием « Временный натурализм» . [11]
В книге Смолина «Проблемы с физикой» 2006 года исследуется роль противоречий и разногласий в развитии науки. Он утверждал, что наука прогрессирует быстрее всего, если научное сообщество поощряет максимально широкие разногласия среди обученных и аккредитованных специалистов до формирования консенсуса, вызванного экспериментальным подтверждением предсказаний фальсифицируемых теорий. Он предположил, что это означает поощрение разнообразных конкурирующих исследовательских программ и что преждевременное формирование парадигм, не обусловленное экспериментальными фактами, может замедлить прогресс науки.
В качестве тематического исследования « Проблемы с физикой» основное внимание было уделено проблеме фальсифицируемости теории струн из-за предложений использовать антропный принцип для объяснения свойств нашей Вселенной в контексте струнного ландшафта. Книга подверглась критике со стороны физика Джозефа Полчински [12] и других теоретиков струн.
В своей более ранней книге «Три пути к квантовой гравитации» (2002) Смолин заявил, что петлевая квантовая гравитация и теория струн — это, по сути, одна и та же концепция, рассматриваемая с разных точек зрения. В этой книге он также отдавал предпочтение голографическому принципу . С другой стороны, «Проблемы с физикой» резко критиковали выдающееся положение теории струн в современной теоретической физике, что, по его мнению, подавляет исследования других многообещающих подходов. Смолин предполагает, что теория струн страдает серьезными недостатками и имеет нездоровую почти монополию в сообществе теоретиков элементарных частиц. Он призывал к разнообразию подходов к квантовой гравитации и утверждал, что больше внимания следует уделять петлевой квантовой гравитации — подходу, разработанному Смолиным. Наконец, «Проблемы с физикой» также широко посвящены роли противоречий и ценности различных подходов в этике и научном процессе.
В том же году, когда были опубликованы «Проблемы с физикой» , Питер Войт опубликовал «Not Even Wrong» , книгу для неспециалистов, вывод которой был аналогичен выводу Смолина, а именно, что теория струн является фундаментально ошибочной исследовательской программой. [13]
Взгляд Смолина на природу времени:
У меня все больше и больше возникает ощущение, что квантовая теория и общая теория относительности глубоко ошибаются в отношении природы времени. Их недостаточно объединить. Существует более глубокая проблема, возможно, восходящая к истокам физики. [14]
Смолин не верит, что квантовая механика является «окончательной теорией»:
Я убежден, что квантовая механика не является окончательной теорией. Я верю в это, потому что никогда не встречал интерпретации нынешней формулировки квантовой механики, которая имела бы для меня смысл. Я тщательно изучил большинство из них и много думал о них, и, в конце концов, я до сих пор не могу по-настоящему понять квантовую теорию в ее нынешнем виде. [15]
В статье 2009 года Смолин сформулировал следующие философские взгляды (предложения, выделенные курсивом, являются цитатами):
Смолин рассматривает отказ от идеи творца как существенного для космологии на тех же основаниях, что и его возражения против мультивселенной. [16] Он не исключает окончательно и не отвергает религию или мистицизм, а скорее считает, что наука должна иметь дело только с тем, что поддается наблюдению. [17] Он также выступает против антропного принципа , который, по его словам, «не может помочь нам заниматься наукой». [18]
Он также защищает «принципы открытого будущего», которые, по его утверждению, лежат в основе работы как здоровых научных сообществ, так и демократических обществ: «(1) Когда рациональных аргументов, основанных на публичных доказательствах, достаточно для решения вопроса, его следует считать решенным. (2) Когда рациональных аргументов, основанных на публичных доказательствах, недостаточно для решения вопроса, сообщество должно поощрять широкий спектр точек зрения и гипотез, соответствующих добросовестной попытке разработать убедительные публичные доказательства». (Time Reborn, стр. 265.)
Ли Смолин был постоянным гостем в сериале «Червоточина» .
Смолин занял 21-е место в списке 100 лучших публичных интеллектуалов журнала Foreign Policy . [19] Он также является одним из многих физиков, которых СМИ прозвали «Новым Эйнштейном ». [20] Журнал Newsweek назвал «Проблему с физикой» номером 17 в списке 50 «Книг нашего времени» от 27 июня 2009 года. В 2007 году он был удостоен премии Майораны от Электронного журнала теоретической физики, а в В 2009 году он получил премию Мемориала Клопстега от Американской ассоциации учителей физики (AAPT) за «выдающиеся достижения в донесении интереса к физике до широкой публики». Он является членом Королевского общества Канады и Американского физического общества. В 2014 году он был удостоен премии Бухалтера по космологии за работу, опубликованную в сотрудничестве с Мариной Кортес. [21]
