Ли Смолин ( / ˈ s m oʊ l ɪ n / ; родился 6 июня 1955 года) — американский физик-теоретик , преподаватель Института теоретической физики Периметра , адъюнкт-профессор физики в Университете Ватерлоо и член аспирантуры философского факультета Университета Торонто . В своей книге 2006 года « Проблемы с физикой» Смолин критиковал теорию струн как жизнеспособную научную теорию. Он внес вклад в теорию квантовой гравитации , в частности в подход, известный как петлевая квантовая гравитация . Он выступает за то, чтобы два основных подхода к квантовой гравитации, петлевая квантовая гравитация и теория струн , могли быть согласованы как различные аспекты одной и той же базовой теории. Он также выступает за альтернативный взгляд на пространство и время, который он называет темпоральным 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 инженера-эколога и технолога Майкла Смолина и драматурга Полин Смолин. 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 в Камберлендской школе права 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 незаконченными 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 в Университете Цинциннати , где наткнулся на теорию пилотной волны Луи де Бройля на французском языке. «Я все еще могу закрыть глаза», — писал Смолин в «Незаконченной революции Эйнштейна», — «и увидеть страницу книги, отображающую уравнение, связывающее длину волны с импульсом». [6] : xxviii Вскоре после этого он «пробрался» в Хэмпширский колледж, нашел замечательных учителей и ему повезло с поступлением в аспирантуру. Что касается его миссии по решению двух больших вопросов Эйнштейна, то, по словам Смолина, он не преуспел в этом; «К большому сожалению, этого не удалось сделать и никому другому». [6] : 13
Смолин продолжил заниматься театром, став научным консультантом таких пьес, как «Прогулка по лесу» Ли Блессинга , « Фоновые помехи» Друциллы Корнелл и «Бесконечность» Ханны Москович . [7]
Смолин женат на Дине Грейзер, юристе и консультанте по городской политике в Торонто , Онтарио. Ранее он был женат на Фотини Маркопулу-Каламара . [8] Его брат — профессор права Дэвид М. Смолин .
Он занимал постдокторские исследовательские должности в Институте перспективных исследований в Принстоне, 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 ученым в Институте перспективных исследований в 1995 году [9] и приглашенным профессором в Имперском колледже Лондона (1999-2001), прежде чем стать одним из основателей факультета в Институте Периметра в 2001 году.
Смолин внес вклад в теорию петлевой квантовой гравитации (LQG) в совместной работе с Тедом Якобсоном , Карло Ровелли , Луисом Крейном, Абаем Аштекаром и другими. LQG — это подход к объединению квантовой механики с общей теорией относительности, который использует переформулировку общей теории относительности на языке теорий калибровочных полей , что позволяет использовать методы из физики элементарных частиц, в частности выражение полей в терминах динамики петель. Совместно с Ровелли он открыл дискретность областей и объемов и нашел их естественное выражение в терминах дискретного описания квантовой геометрии в терминах спиновых сетей . В последние годы он сосредоточился на связи LQG с феноменологией , разрабатывая последствия для экспериментальных проверок симметрий пространства-времени, а также исследуя способы, которыми элементарные частицы и их взаимодействия могут возникать из геометрии пространства-времени.
В период с 1999 по 2002 год Смолин выдвинул несколько предложений по фундаментальной формулировке теории струн, которая не зависит от приближенных описаний, включающих классические фоновые модели пространства-времени.
Смолин входит в число тех теоретиков, которые предположили, что эффекты квантовой гравитации могут быть экспериментально исследованы путем поиска модификаций в специальной теории относительности, обнаруженных в наблюдениях за астрофизическими явлениями высокой энергии, включая космические лучи очень высокой энергии, фотоны и нейтрино от гамма-всплесков. Среди вкладов Смолина — совместное изобретение двойной специальной теории относительности (совместно с Жуаном 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 были бы нелокальными детерминированными теориями, которые давали бы точное описание отдельных квантовых явлений. В последние годы он стал пионером двух новых подходов к интерпретации квантовой механики, предложенных его работой о реальности времени, называемых реальной ансамблевой интерпретацией и принципом предшествования.
Гипотеза Смолина о космологическом естественном отборе, также называемая теорией плодовитых вселенных , предполагает, что процесс, аналогичный биологическому естественному отбору, применяется в самых больших масштабах. Смолин опубликовал эту идею в 1992 году и обобщил ее в книге, предназначенной для широкой аудитории, под названием « Жизнь космоса» .
Черные дыры играют роль в этом естественном отборе. В теории плодовитости коллапсирующая [ требуется уточнение ] черная дыра вызывает появление новой вселенной на «другой стороне», фундаментальные постоянные параметры которой (массы элементарных частиц, постоянная Планка , элементарный заряд и т. д.) могут немного отличаться от вселенной, где коллапсировала черная дыра. Каждая вселенная порождает столько новых вселенных — ее «потомков», — сколько у нее черных дыр, что дает эволюционное преимущество вселенным, в которых черные дыры распространены и которые похожи на наши. Таким образом, теория объясняет, почему наша вселенная кажется «тонко настроенной» для появления жизни, какой мы ее 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 предложил в качестве предсказания своей теории, что не должно существовать нейтронной звезды с массой более 1,6 массы Солнца. [ требуется ссылка ] Позже эта цифра была увеличена до двух солнечных масс после более точного моделирования внутренностей нейтронной звезды ядерными астрофизиками. Смолин также предсказал, что инфляция, если это правда, должна быть только в своей простейшей форме, управляемой одним полем и параметром.
Смолин внес вклад в философию физики посредством серии статей и книг, отстаивающих реляционный, или лейбницевский , 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 были написаны отдельно. [10]
Изложение философских взглядов Смолина в виде книги появилось в апреле 2013 года. Time Reborn утверждает, что физическая наука сделала время нереальным, в то время как, как настаивает Смолин, оно является наиболее фундаментальной чертой реальности: «Пространство может быть иллюзией, но время должно быть реальным» (стр. 179). Адекватное описание, по его мнению, дало бы вселенную Лейбница : неразличимые не допускались бы, и каждое различие должно соответствовать некоторому другому различию, как того требует принцип достаточного основания . Несколько месяцев спустя более краткий текст был опубликован в статье под названием Temporal Naturalism . [11]
В книге Смолина 2006 года «Проблемы с физикой» исследовалась роль противоречий и разногласий в прогрессе науки. В ней утверждалось, что наука прогрессирует быстрее всего, если научное сообщество поощряет максимально широкое разногласие среди обученных и аккредитованных профессионалов 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 подкрепленное экспериментальными фактами, может замедлить прогресс науки.
В качестве примера « Проблема с физикой» была сосредоточена на проблеме фальсифицируемости теории струн из-за предложений использовать антропный принцип для объяснения свойств нашей Вселенной в контексте струнного ландшафта. Книгу раскритиковал физик Джозеф Полчински [12] и другие теоретики струн.
В своей более ранней книге « Три дороги к квантовой гравитации » (2002) Смолин утверждал, 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 отдавал предпочтение голографическому принципу . С другой стороны, в «Проблемах с физикой» он резко критиковал значимость теории струн в современной теоретической физике, которая, по его мнению, подавила исследования в других многообещающих подходах. Смолин предполагает, что теория струн страдает от серьезных недостатков и имеет нездоровую почти монополию в сообществе теории частиц. Он призывал к разнообразию подходов к квантовой гравитации и утверждал, что больше внимания следует уделять петлевой квантовой гравитации — подходу, разработанному Смолиным. Наконец, в «Проблемах с физикой» также широко рассматривается роль противоречий и ценность различных подходов в этике и процессе науки.
В том же году, когда была опубликована книга «Проблемы с физикой» , Питер Войт опубликовал книгу для неспециалистов « Даже не так» , вывод которой был схож с выводом Смолина, а именно, что теория струн является в корне ошибочной исследовательской программой. [13]
Взгляд Смолина на природу времени:
Все больше и больше у меня возникает ощущение, что квантовая теория и общая теория относительности глубоко неверны относительно природы времени. Недостаточно просто объединить их. Есть более глубокая проблема, возможно, восходящая к началу физики. [14]
Смолин не считает, что квантовая механика является «окончательной теорией»:
Я убежден, что квантовая механика не является окончательной теорией. Я верю в это, потому что я никогда не сталкивался с интерпретацией нынешней формулировки квантовой механики, которая имела бы для меня смысл. Я глубоко изучил большинство из них и много думал о них, но в конце концов я все еще 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 отвержение идеи создателя как существенное для космологии на тех же основаниях, на которых он возражает против мультивселенной. [16] Он не исключает и не отвергает окончательно 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, как он утверждает, «не может помочь нам заниматься наукой». [18]
Он также выступает за «принципы открытого будущего», которые, по его словам, 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 шоу «Сквозь червоточину» .
Смолин был назван #21 в списке 100 лучших общественных интеллектуалов журнала Foreign Policy . [19] Он также является одним из многих физиков, которых СМИ окрестили «Новым Эйнштейном ». [20] Журнал Newsweek назвал «Проблемы с физикой » номером 17 в списке 50 «Книг для нашего времени» 27 июня 2009 года. В 2007 году он был награжден премией Майораны от Electronic Journal of Theoretical Physics, а в 2009 году — премией памяти Клопстега от Американской ассоциации преподавателей физики (AAPT) за «исключительные достижения в передаче восторга от физики широкой публике». Он является членом Королевского общества Канады и Американского физического общества. В 2014 году он был награжден премией Бухалтера по космологии за работу, опубликованную в сотрудничестве с Мариной Кортес. [21]
