Новая теория объединяет квантовую механику с теорией относительности и вычислительной сложностью

Британский физик- математик, ученый Стивен Вольфрам, объединил теорию относительности, квантовую механику и вычислительную сложность в единую теорию всего. Но убедит ли он других физиков?

Одна из целей современной физики — определить основные правила, которые управляют нашей реальностью. Действительно, одно из чудес вселенной заключается в том, что всего несколько правил описывают многие аспекты нашего мира. Более того, ученые нашли способы объединять эти правила в более простые, более мощные.

Это побудило многих мыслителей предположить, что может существовать единственное правило или набор правил, из которых вытекают все остальные. Эта погоня за теорией всего заставила задуматься о современной физике. Мы создали многомиллиардные машины и обсерватории для проверки этих идей, как правило, исследования идут с огромным успехом.

Несмотря на этот успех, самой выдающейся задачей является объединение двух совершенно разных, но фундаментальных основ современной науки: теории относительности, которая описывает вселенную в широком масштабе; и теория квантовой механики, которая описывает ее в наименьшем масштабе.

Обе теории почти идеально объясняют результаты почти всех когда-либо проведенных экспериментов. И всё же они совершенно не в ладах друг с другом. Многочисленные теоретики пытались объединить их, но прогресс шел медленно.

Стивен Вольфрам большую часть своей карьеры занимался классификацией простых алгоритмов, называемые клеточными автоматами — он изучал их свойства. Его основной вывод состоит в том, что самые простые алгоритмы могут привести к огромной сложности; некоторые даже генерируют случайность. И его главная гипотеза такова: вселенная управляется некоторым подмножеством этих алгоритмов.

Новый вид науки

В 2002 году он опубликовал свои результаты под названием «Новый вид науки», и получил смешанные рецензии.  Его теория не оказала достаточного влияния на физиков, на которое надеялся Вольфрам. Теперь он вернулся с похожей идеей, еще более амбициозной.

Вольфрам изучил свойства простых алгоритмов; на этот раз те, которые немного отличаются от клеточных автоматов, но которые он говорит, являются минимальными и бесструктурными, насколько это возможно. Он говорит, что применение этих простых алгоритмов многократно приводит к появлению моделей — игрушечных вселенных огромной сложности. Его новое сенсационное утверждение состоит в том, что законы физики вытекают из этой сложности, что они являются неотъемлемым свойством этих игрушечных вселенных.

Вольфрам, который работает с несколькими сотрудниками, описывает, как относительность и искривление пространства-времени являются неотъемлемым свойством в этих вселенных. Затем он описывает, как квантовая механика является эмерджентным свойством этих самых вселенных, когда они изучаются по-другому. Таким образом, теория относительности и квантовая механика являются разными сторонами одной медали. Далее он показывает, как они тесно связаны с другой, все более влиятельной и важной идеей в современной физике: вычислительной сложностью.

Таким образом, его новая «теория всего» состоит в том, что три столпа современной физики — теория относительности, квантовая механика и вычислительная сложность — по сути, одно и то же, рассматриваемое по-разному. «На данный момент я уверен, что базовая структура, которую мы имеем, в основном рассказывает нам, как работает физика». Это потрясающее требование.

Первое, что нужно признать: трудно разработать какую-либо последовательную теорию, которая объединяет относительность с квантовой механикой. Если она пройдет проверку в рамках экспертной оценки, это будет огромным достижением.

Но есть и причины быть осторожными. Во-первых, неясно, представит ли Вольфрам свою работу для официальной рецензии. Если нет, то почему нет?

Во-вторых, мера любой новой теории — это проверяемые прогнозы, которые отличают ее от других теорий. Много интересных идей отошли на второй план, потому что их предсказания такие же, как у традиционных или более известных теорий.

Вольфрам определенно говорит, что его подход приводит к новым предсказаниям. «У нас уже есть несколько хороших намеков на странные новые вещи, которые можно было бы там отыскать», — говорит он.

Но являются ли они проверяемыми, это другой вопрос, так как он опускает детали того, как это можно сделать. Например, его теория предполагает, что во Вселенной есть элементарная длина около 10 ^ -93 м, что намного меньше, чем длина Планка 10 ^ -35 м, которая в настоящее время считается самой маленькой из возможных.

Вольфрам говорит, что это означает, что радиус электрона составляет около 10 ^ -81 м. В настоящее время экспериментальные данные свидетельствуют о том, что радиус составляет менее 10 ^ -22 м.

Квантованная масса
Его теория предсказывает, что масса квантуется на единицы, примерно в 10 36 раз меньшие, чем масса электрона.

Другое предсказание состоит в том, что такие частицы, как электроны, вовсе не элементарны, а представляют собой конгломераты гораздо более простых элементов. По его расчетам, электрон должен состоять из примерно 10 35 из этих элементов.

Но должны существовать и гораздо более простые частицы, состоящие из меньшего количества элементов. Он называет их олигонами, и, поскольку они должны оказывать гравитационное воздействие, Вольфрам предлагает создать темную материю, которая, по мнению астрономов, наполняет нашу вселенную, но не видит. Как физики могут проверить эти предсказания, неясно. Но, возможно, несправедливо ожидать такого уровня детализации на столь ранней стадии. (Вольфрам сказал, что он начал всерьез работать над этой идеей только в октябре прошлого года)

Последний момент, который стоит отметить, — это место Вольфрама в сообществе физиков. Он посторонний. Это не должно иметь значения, но это имеет значение.
Постоянная критика «Нового вида науки» заключалась в том, что она не смогла адекватно признать вклад других, работающих в той же области. Это впечатление, несомненно, отрицательно сказалось на способах получения идей Вольфрама и их распространении.

Будет ли все по-другому на этот раз? Многое будет зависеть от его взаимодействия с сообществом. Официальная рецензия была бы хорошим началом. Вольфрам приложил некоторые усилия, чтобы отметить полезные дискуссии, которые он имел с другими физиками.