Мъри Гел-Ман за красотата и истината във физика

Благодаря ви, че сте поставили тези снимки на моите колеги тук. (Смях). Ние ще говорим за тях. Сега ще опитам експеримент. Аз не правя експерименти, нормално. Аз съм теоретик. Но ще видя какво ще стане, ако натисна този бутон. Достатъчно ясно. Добре, работех навремето в областта на елементарните частици. Какво се случва с материята, ако я накълцате много фино? От какво е направена? И законите на тези частици са валидни в цялата Вселена, и те са много свързани с историята на Вселената.

Ние знаем много за четири сили. Трябва да има много повече, но тези действат на много, много малки разстояния и ние не сме си взаимодействали с тях много все още. Основното, за което искам да говоря, е това: че имаме забележителния опит в тази област от фундаменталната физика, че красотата е много успешен критерий за избора на теория. И защо това трябва да е така?

Ами, ето един пример от моя собствен опит. Това е доста драматично, всъщност, което се случи. Три или четири от нас, през 1957 г., предложиха частично пълна теория за една от тези сили, слабата сила. И това беше в несъгласие със 7 -- 7, забележете, 7 експеримента. Експериментите бяха всички погрешни.

И ние публикувахме преди да знаем това, защото помислихме, че това е толкова красива теория, че трябва да е правилна! Експериментите трябваше да са погрешни; и те бяха. Нашият приятел там горе, Алберт Айнщайн, обръщаше много малко внимание, когато хората казваха: "Знаете ли, има човек с експеримент, който изглежда не е съгласен със специалната теория на относителността, ДС Милър. Какво ще кажете за това?" А той отговаряше: "О, това ще отмине." (Смях)

Сега, защо подобни неща работят? Това е въпросът. Сега, какво разбираме под красиви? Това е едно нещо. Ще се опитам да направя това ясно -- частично ясно. Защо трябва да работи и дали има нещо общо с човешките същества? Аз ще ви предложа моя отговор на последния въпрос и той е, че това няма нищо общо с човешките същества. Вероятно на някаква друга планета, обикаляща около някоя много далечна звезда, може би в една друга галактика, може би има същества, които са поне толкова интелигентни, колкото сме ние, и се интересуват от наука. Това не е невъзможно. Мисля, че има вероятно много.

Много вероятно, никой не е достатъчно близко, за да си взаимодейства с нас. Но те биха могли да бъдат там, много лесно. И да предположим, че имат много различни сензорни системи, и така нататък. Те имат седем пипала и имат 14 малки смешно изглеждащи сложни очи, и мозък с формата на геврек. Дали наистина ще имат различни закони? Има много хора, които вярват това и мисля, че това са пълни глупости. Мисля, че има закони там, и ние, разбира се, не ги разбираме по всяко време много добре, но се опитваме. И се опитваме да се приближим все по-близо и по-близо.

И някой ден ние може действително да разберем фундаменталната единна теория на частиците и силите, която наричам "фундаменталния закон." Ние дори може да не сме много надалеч от него. Но дори и да не попаднем на него в нашия живот, все още може да си мислим, че такъв съществува, и ние просто се опитваме да достигнем по-близо до него. Мисля, че това е основната точка, която може да бъде направена. Ние изразяваме тези неща математически. И когато математиката е много проста, когато по отношение на някои математически нотации, можете да напишете теория на много малко място, без много усложнения, това е в основни линии, което имаме предвид под красота или елегантност.

Ето това, което казах за законите. Те наистина съществуват. Нютон определено вярваше това. И той каза, тук: "Това е работа на естествената философия, да намери тези закони." Основният закон, да кажем -- ето едно предположение. Предположението е, че основният закон наистина е под формата на единна теория на всички частици. Сега, някои хора наричат това теория на всичко. Това е погрешно, тъй като теорията е квантово механична. И аз няма да навлизам в много неща за квантовата механика и какво представлява, и така нататък. Вие сте чули много грешни неща за нея, така или иначе. (Смях). Има дори филми за нея с много погрешни неща.

Но най-важното тук е, че тя прогнозира вероятности. Сега, понякога тези вероятности са почти сигурностни. И в много от познатите случаи, те наистина са. Но друг път те не са, и вие имате само вероятности за различните резултати. Така че това означава, че историята на Вселената не се определя само от фундаменталния закон. Това е основният закон и тази невероятно дълга поредица от инциденти или случайни резултати, които са там в допълнение.

И основната теория не включва тези случайни резултати, те са в допълнение. Така че това не е теория на всичко. И всъщност, огромно количество информация във Вселената около нас идва от тези инциденти, а не само от основните закони. Често се казва, че доближаването все по-близо и по-близо до основните закони, като проучваме явления при ниски енергии, а след това при по-високи енергии, и след това при по-високи енергии или къси разстояния, а след това по-къси разстояния, и след това още по-къси разстояния, и т.н., е като белене на люспите на една глава лук. И ние продължаваме да правим това и изграждаме все по-мощни машини, ускорители на частици. Гледаме все по-дълбоко и по-дълбоко в структурата на частиците и по този начин вероятно се приближаваме все по-близо до този фундаментален закон.

Сега това, което се случва, докато правим това, докато белим тези люспи от лука, и достигаме все по-близо до основния закон, ние виждаме, че всяка люспа има нещо общо с предишната, и със следващата. Описваме ги математически и виждаме, че те използват много сходна математика. Те изискват много сходна математика. Това е абсолютно забележително и това е основна характеристика на това, което се опитвам да кажа днес. Нютон го нарича -- това е Нютон, между другото -- този тук.

Това тук е Алберт Айнщайн. Здравей, Ал! И, както и да е, той казва: "природата се съобразява със себе си" -- олицетворявайки природата със жена. И така, това което се случва е, че новите явления, новите слоеве, вътрешните слоеве на малко по-малките люспи на лука, до които достигаме, приличат на малко по-големите. И математиката, която имахме от предходната люспа, е почти същата като тази, от която имаме нужда за следващата люспа. И ето защо уравненията изглеждат толкова прости. Защото те използват математика, която вече имаме.

Един тривиален пример е следният: Нютон откри закона за гравитацията, който е нещо като едно върху квадрата на разстоянието между нещата, които гравитират. Кулон във Франция откри същия закон за електрически заряди. Ето един пример за това сходство. Наблюдавате гравитацията и ще видите някой закон. След това вижте електричеството. И разбира се -- същото правило. Това е един много прост пример. Има много други по-сложни примери. Симетрията е много важна в тази дискусия. Знаете какво означава това. Кръгът, например, е симетричен при завъртане около центъра на кръга. Когато въртите около центъра на кръга, кръгът остава непроменен. Ако вземете сфера, в три измерения, и завъртите около центъра на сферата, всички тези ротации ще оставят сферата непроменена. Те са симетриите на сферата. Така че ние казваме, най-общо, че има симетрия, при определени операции, ако тези дейности оставят явлението, или неговото описание, без промяна.

Уравненията на Максуел, разбира се, са симетрични при завъртане на цялото пространство. Няма значение, дали ще завъртим цялото пространство на определен ъгъл, няма да напусне -- няма да промени явлението на електричество или магнетизъм. Има нова нотация от 19 век, която изразява това, и ако използвате тази нотация, уравненията стават много по-прости. След това Айнщайн, с неговата Специална теория на относителността, разгледал цял набор от симетрии в уравненията на Максуел, които се наричат специална относителност. И тези симетрии, тогава, правят уравненията още по-кратки, и дори и по-хубави, следователно.

Нека да погледнем. Не е нужно да знаете какво означава това, няма никакво значение. Но вие може просто да гледате формата. (Смях). Може да погледнете формата. Вие виждате отгоре, на върха, един дълъг списък от уравнения с три компоненти за трите посоки на пространството: X, Y и Z. След това, използвайки векторен анализ, използвайки ротационна симетрия, ще получите следващите уравнения. След това, използвайки симетрията на специалната относителност, ще получите още по-опростени изрази тук долу, показвайки, че симетрията се изразява все по-добре и по-добре. Колкото повече симетрия имате, толкова по-добре се показва простотата и елегантността на теорията.

Последните две, първото уравнение казва, че електрическите заряди и токове довеждат до всички електрически и магнитни полета. Следващото -- второто -- уравнение показва, че не съществува магнетизъм, различен от този. Единственият магнетизъм идва от електрическите заряди и токове. Някой ден може да намерим някои дребни пролуки в тази теза. Но за момента това е твърдението.

Сега, ето едно много вълнуващо развитие, за което много хора не са чували. Те трябва да са чували за него, но то е малко трудно за обяснение в технически подробности, така че няма да го направя. Просто ще го спомена. (Смях). Но Чен Нинг Янг, наричан от нас "Франк" Янг -- (Смях) -- и Боб Милс представиха, преди 50 години, това обобщение на уравненията на Максуел, с нова симетрия. Цяла нова симетрия. Математиката е много подобна, но това беше съвсем нова симетрия. Те се надяваха, че това би допринесло по някакъв начин за физиката на елементарните частици. Не го стори. Това не допринесе, само по себе си, към физиката на елементарните частици.

Но след това някои от нас я обобщиха още. И след това го направи! И това даде много красиво описание на силната и на слабата сила. Така че тук казваме, отново това, което казахме преди: че всяка люспа на лука показва сходство със съседната люспа. Така че математиката на съседната люспа е много подобна на тази, от която имаме нужда за новата. И затова тя изглежда красива. Тъй като ние вече знаем как да я напишем по един прекрасен, кратък начин.

Така че тук са темите. Вярваме, че има една единна теория, описваща всички закономерности. Стъпките към обединението показват простота. Симетрията се отличава с простота. И освен това има полуподобие в различните мащаби -- с други думи, от една люспа на лука към друга. Приблизително полусходство. И това е причината за това явление. Това е причината, защо красотата е успешен критерий за избор на правилната теория.

Ето какво самият Нютон каза: "Природата е много съгласувана и съобразена със себе си." Едно нещо, за което той си мислил, е нещо, което повечето от нас приемат за даденост днес, но по неговото време не е било прието за даденост. Това е историята, която не е напълно сигурно, че е истина, но много хора са я разказали. Четири източници са я разказали. Че когато са имали чума в Кеймбридж и той се върнал във фермата на майка си, защото университетът бил затворен, видял ябълка да пада от дърво или на главата му, или нещо такова. И изведнъж той разбрал, че силата, която теглела ябълката надолу към земята, би могла да бъде същата като силата, която регулирала движението на планетите и Луната.

Това било голямо обединение за онези дни, въпреки че днес ние го приемаме за даденост. Това е същата теория на гравитацията. И така, той казал, че този принцип на природата, съзвучие: "Този принцип на природата, който е много отдалечен от разбирането на философите, аз се въздържам да опиша в тази книга, за да не бъда счетен за екстравагантен чудак ... " Ето за какво ние всички трябва да внимаваме. (Смях). Особено на тази среща. "... и така да предубедя моите читатели към всички тези неща, които бяха основният дизайн на книгата."

Сега, кой днес ще твърди, че това е просто самонадеяност на човешкия ум? Че силата, която кара ябълката да пада на земята, е същата сила, която кара планетите и Луната да се движат наоколо, и така нататък? Всеки знае това. Това е свойство на гравитацията. Това не е нещо в човешкия ум. Човешкият ум може, разбира се, да го оценява, да му се наслаждава, да го използва, но това не е -- това не произтича от човешкия ум. Това произтича от характера на гравитацията. И това е вярно за всички неща, за които говорим. Те са свойства на фундаменталния закон. Основният закон е такъв, че различните люспи на лука си приличат една на друга, и следователно математиката на една люспа ви дава възможност да изразите красиво и просто свойствата на следващата люспа.

Мога да кажа, че Нютон направил много неща през тази година: гравитацията, законите за движение, математическия анализ, бялата светлина, съставена от всички цветове на дъгата. И той можел да напише доста дълго есе на тема "Какво направих през лятната си ваканция." (Смях). Така че ние не трябва да приемаме тези принципи като отделни метафизични постулати. Те произтичат от фундаменталната теория. Те са това, което ние наричаме произтичащи свойства. Не е необходимо, не е нужно нещо повече, за да получите нещо повече. Това означава произтичане.

Животът може да произтече от физиката и химията, както и много инциденти. Човешкият ум може да възникне от невробиологията и много инциденти, по начина, по който химична връзка възниква от физиката и някои инциденти. Това не намалява значимоста на тези предмети, да се знае, че те следват от по-фундаментални неща, както и инциденти. Това е общо правило и е критично важно да се разбере. Не е нужно нещо повече, за да се получи нещо повече. Хората продължават да питат, след като прочетат моята книга "Кваркът и ягуарът." И те казват: "Няма ли нещо повече отвъд това, което имаме там?" Вероятно, те имат предвид нещо свръхестествено. Във всеки случай, няма. (Смях). Не е нужно нещо повече, за да се обясни нещо повече. Благодаря ви много. (Ръкопляскания)