site.btaЗа тъгата на физиката в съвременния свят, разказва проф. Свилен Костов от Югозападния държавен университет на Джорджия

„Въпреки относителния спад на подготвящите се физици, спрямо учени от други области, отделни физически дисциплини достигат категорични рекорди. Астрофизиката е в подем. Говори се за неин „златен период”, предимно поради новите технологии, които разширяват рязко диапазоните на наблюдение, както и изкуствените спътници и летателни апарати, използвани в нея”, казва в интервю за БТА Свилен Костов - професор по физика в Югозападния държавен университет на Джорджия и преподавател по физика в Университета в Мисула, Монтана. Той е завършил физика в Софийски университет и е защитил докторат в Градски колеж (CUNY) Ню-Йорк. Научните му  интереси са в областта на обща физика, история, методология и философия на науката. Работил е в областта на полупроводниковата физика, физика на съвременните енергийни материали и в полупроводниковата индустрия.

Проф. Свилен Костов проследява отношението в света на учените към промените във фундаменталната физика, която от еталон за експериментална наука се превръща в чисто хипотетична и според някои - спекулативна, водеща към все по-сложни и екзотични математически сценарии. Обръща внимание и на ролята на религиозния фундаментализъм, опълчил се срещу теорията за големия взрив, като и на обществения вот на недоверие към ядрената физика и нейните разчленения, подпомогнали процеса на детрониране на тази наука в края на миналия век. Процес, който професорът поетично определя като „тъгата на физиката”.

Следва цялото интервю:

Проф. Костов, някои статистики сочат, че в световен мащаб се възвръща интересът на студентите към физиката. Кои области и дисциплини от физиката се смятат за най-атрактивни през последните години в САЩ?

Проф. Свилен Костов: Кривата на броя на аспирантите по физика от 50-те години на миналия век до наши дни показва, че има пик около 70-те, следван от сериозен спад през 80-те. Учудващо е, че след това кривата започва пак постепенно да нараства и през 2020 г. надминава своя предишен връх. Разбира се, междувременно населението на САЩ е нараснало с повече от 50 процента, но важна е тенденцията.

Погледнато по-детайлно, виждаме, че тя расте предимно чрез увеличения процент на чужденците, а сред американските граждани нараства процентът на жените и малцинствата. Демографията й, която винаги е била доминирана от бели мъже, сега се разчленява и демократизира.

От друга страна, въпреки относителния спад на подготвящите се физици спрямо учени от други области, отделни физически дисциплини достигат категорични рекорди. Астрофизиката е в подем. Говори се за неин „златен период”, предимно поради новите технологии, които разширяват рязко диапазоните на наблюдение, както и изкуствените спътници и летателни апарати, използвани в нея. Наскоро бе изстрелян най-новият и мощен телескоп-спътник „Джеймс Уеб“, който идва на крилата на легендарния „Хъбъл“.

Друго (ново) превъплъщение на физиката е гравитационната астрофизика и космология, възникнала с откриването на проекта ЛИГО (Лазерна интерферентна гравитационна лаборатория). През 2015 г. в едно от съоръженията й за първи път е измерена гравитационна вълна - безкрайно слабо трептене на пространство-времето, причинено от чудовищен взрив в някоя далечна галактика. И тя е сбъднато предсказание, но не на Нострадамус, а на младия Айнщайн още от 1919 година.

Физика на плазмата, която с бавни, но сигурни стъпки прогресира към практическото овладяване на регулираните термоядрени реакции, е (все още) част от надеждата за решаване на световния енергиен проблем и разбираемо е във фокуса на интереса. Както и нанотехнологията на нови материали - издънка на дългогодишни изследвания на физиката на кондензираната и мека материя.

Работещите вече прототипи на квантови компютри са знак, че дори и най-абстрактната теория може да прерасне в полезна, дори фантастична практика. Само можем да гадаем какво би станало ако развитият изкуствен интелект някой ден (скоро?!) започне да теоретизира физиката и...не прави грешки и няма пристрастия! Може би тогава ще бъде сбъдната старата мечта на Айнщайн да открие най-общите закони на света, които, след като ги е създал, дори Бог не би могъл да промени (защото отразяват уникалната логика на света.

Разбира се, всичко това няма да направи по-малко скучен учебника, над който си представяме как ученикът от бъдещето върти очи и се пита: „Важно ли е всичко това?”.

В началото на 21 век се чуваха гласове за възможния „край на физиката”. Защо?

Проф. Свилен Костов: Да започнем с книгата на един от редакторите на авторитетното списание Scientific American - Джон Хорган, със заглавие „Краят на науката”, която е бестселър и за известен период вълнува интелигенцията. В нея той дава пример за обективни граници, които стоят пред научното познание в различни области. Отчетена е и криза във физиката. Хорган застава на страната на традиционните емпирици и осъжда посоката на водещите теоретични програми. Намира тяхното отдалечаване от експеримента като нов модел на научно търсене, което той нарича, донякъде саркастично, иронична физика.

Идеята е, че през последното десетилетие, фундаменталната физика, доскоро еталон за експериментална наука, се превръща в чисто хипотетична и спекулативна, водеща към все по-сложни и екзотични математически сценарии. Вместо тя да обяснява наличната Вселена, се постулират безброй много други теории, в безкрайно противоречие с „ножа на Окам“, който изисква избор на най-простота от всички възможни хипотези. Хорган не осъжда морала или искреността на авторите на тези теории, но има съмнение, че те са пристрастни. Той признава, че не е физик и е любител на фантастичните и абстрактни повествования, които се генерират от новите модели, но вижда и опасността от израждане на базовите норми, които дефинират науката.

В следващите години, към хора на разочарованите опоненти се присъединяват някои от известните специалисти в теоретичната физика, издавайки книги, много от които стават бестселъри. Ли Смолин, автор на „Какво е грешно във физиката” и Роджър Пенроуз, „Новите дрехи на императора” са критични спрямо т. нар. теория на струните. Книгата на младата немска теоретичка Сабине Хосенфелдер „Изгубени в математиката: как красивото води до лутане във физиката”, разкрива проблема като по-общ. В духа на Джон Хорган, тя е скептик относно диктуващата роля на математиката в теоретичната физиката.

Но между 1950 и 1970 година физиката е в своя апогей. Какво се случи след това?

Проф. Свилен Костов: През седемдесетте години на ХХ в. става ясно, че космическите изследвания се далеч по-ефективни, ако се роботизират и се намали човешкото присъствие в космоса. Последното е изобщо под въпрос, след като програмите на САЩ и СССР през 60-те и 70-те години са с намален бюджет и политическата битка за превес в космоса вече е привършила. Вече има и достатъчно данни за вредата, нанесена от радиацията и безтегловността върху здравето на екипажите. Става ясно, че научната фантастика не е предсказала бъдещето на човечеството в това отношение и няма всички да летим в космоса. Спадът на обществен ентусиазъм и интерес към тази област рязко се засилва след трагичния край на две от американските совалки. Успехът на роботизираните космически програми за изследване на слънчевата система, Роувър, Касини и др., макар и значителен, не е обект на същото обществено внимание, както при полетите на „Аполо” и първите стъпки на международната космическа станция.

Приложната ядрена физика, доскоро водеща по важност в политическите сметки на Запада и на Изтока, се натъква на опоненти от две посоки.  Първо, масовите протестни движения срещу ядреното оръжие през 70-те и 80-те години, уронват престижа й и засилват общественото недоверие към работата на хилядите специалисти в този бранш. Игралният филм „Falling Down” с Майкъл Дъглас, проследява трагичната история на бивш ядрен инженер, съкратен от поста си, поради намаленото на производство на ядрено оръжие. Възпитан в духа на 50-те години, когато военна научна кариера и патриотизъм са синоними, той стига до крайно отчаяние. От друга страна, се появява обществено недоверие към използването на ядрените технологии за мирна енергия. След известните катастрофални инциденти с електростанциите на Three Mile Island (1979 г.) и Чернобил (1985 г.), анти-ядреното движение насочва своите действия и срещу екологичното рушене на планетата. Новите масови организации като „Грийнпийс“ увеличават своето влияние и прерастват във важни политически партии.

Общественият вот на недоверие към ядрената физика и нейните разчленения са само част от процеса на детрониране на тази наука в очите на голям дял от обществото. Активна роля на съпротива изиграват и част от академичните среди. Предимно в катедрите по литература и социология, но и на други места сред хуманитарните дисциплини нараства влиянието на т. нар. постмодернизъм. Това течение идва от Европа, но намира богата почва в американските университети. Започнало като метод на литературна критика, то прераства във философско движение срещу всички форми на власт и авторитарност. Последните включват и официалната държавна наука. Значението на всяка една (дори научна) идея или теория се анализира през призмата на политическото й значение, т.е., дали служи на установените структури на власт или се противопоставя на тях. Науката се определя, грубо казано, като инструмент на управляващата политическа конюнктура. Разбира се, сред физиците тази постановка не се посреща много радушно. Много от тях са с леви политически убеждения и намират за обидна тази оценка на дейността си.

Нападки срещу отделни научни идеи се отправят и от други обществени среди. Америка винаги е била плодородна почва за анти-интелектуални настроения. От 19-век до днес, множество религиозни групи, предимно от редиците на протестантския фундаментализъм,  виждат в еволюционната теория на Дарвин заплаха срещу основните си разбирания за произхода на човека и неговата същност. На прицел са и резултатите на геолозите за произхода на земята, които противоречат на буквалното тълкуване на Библията (млада земя).

След успеха на Теорията за големия взрив, през 60-те години, някои от тези групи насочват атаките си и срещу астрофизиката и космологията. Това на пръв поглед е странно, защото именно „големият взрив” наподобява религиозната космогония за (Божествено) начало на Вселената.  Католическата църква дори официално приветства този резултат и го интерпретира като потвърждение на Библейския канон. Християните-фундаменталисти в Америка обаче, не се задоволяват от тези общи прилики. Те не могат да бъдат подведени и правилно преценяват, че в теоретичните сценарии на новата, релативистична космология ролята на Бога е сведена до нула. Поучителен е случая с Едуард Трайон - теоретик, който пръв изказва идеята за произхода на Вселената от „нищото”, т.е., като квантова флуктуация на вакуума. В своя статия в журнала „Нейчър“, Трайон пише, че произходът на Вселената няма нужда от обяснение, стига да не противоречи на установени физични закони. Началото на света е „просто нещо, което се случва от само себе си, макар и твърде рядко”. Това изречение (извадено вън от контекста), се цитира стотици пъти в различни страници, посветени на християнската вяра, обикновено като пример за арогантността и абсурда на съвременната физика.

Най-сериозният удар срещу обществения авторитет на физиката се нанася не от хуманитарните й съперници, нито от религиозните й врагове, а до голяма степен от самата нея. Или иначе казано, причината за „тъгата на физиката”, се корени в нейната прекалена успешност. Част от цената за този успех е силното й разчленяване, специализиране и математизиране в периода на от 50-те до 80-те години на миналия век. Стотици научни журнали публикуват статии на десетки хиляди физици, повечето от които не следят и дори не разбират от работата на колегите си от съседни и по-далечни браншове. Силното профилиране е неизбежно, но създава сериозни проблеми, свързани с комуникацията между браншовете. Появява се и съревнование по отношение на финансирането им.

В какво се изразява това съревнование?

Проф. Свилен Костов: Като всяко съревнование, то има и публична страна, която през 80-те години се проявява в провала да се финансира най-големият ускорител на елементарни частици „The Superconducting Super Collider (SSC)” в Тексас. Решението на Сената на САЩ е базирано на публичен дебат, в който две мнения се противопоставят едно на друго. Едното е на Нобеловия лауреат за физика на високите енергии - Стивън Уайнберг, а другото на Нобеловия лауреат за физика на кондензираната материя - Филип Андерсон (опонент). Надделява лагерът на опонентите. Проектът се отхвърля. Това е сигнал, че не всичко е наред сред голямата наука (разбирай тази, която има голям държавен бюджет).

Ето кратка предистория на тази братоубийствена драма. След триумфа на Стандартния модел се възражда старата мечта на Айнщайн за създаване на още по-обща теория свързваща всички познати взаимодействия, включително и гравитацията. Тази идея, Светия Граал на физиката, както някои я наричат, вълнува част от най-амбициозните теоретици. Известна като Теория на всичко (ТОЕ), тя дълго време се смята за прекалено трудна. Поради това стои в сянката на по-частни, но по-обещаващи направления. След 1980 г. обаче, моментът за Теория на всичко изглежда узрял. Така поне сочат няколко важни резултати от 70-те години в едно от направленията на теорията на ядрото, с които става ясно, че е намерена възможна схема за теоретично обобщение на всички взаимодействия. Това е известната на някои от читателите струнна теория (string theory), в чиято основа са свръхмалките едномерни обекти, наподобяващи натегната трептяща струна. Няма да се спирам върху детайли на тази теория, те са описани в много популярни книги, при това в някои от тях, от експерти в областта. Важното тук е, че за няколко години теория на струните се налага като водещ, а според някои, единствен кандидат за ТОЕ.  Не всички са убедени в това. Проблемът е, че тя борави с обекти, чиито размери са чудовищно по-малки от частиците, познати от съвременните ускорители. Последният факт оказва влияние върху решението да не се финансира SSC в Тексас, защото има сериозни съмнения, че това няма да доведе до решителен напредък в познанието; парите се пренасочват към по- плодовите отрасли, с повече практическа насоченост.

Моля Ви да разкажете още малко за струните, теорията звучи много красиво и поетично, но малко хора разбират за какво точно става дума.

Проф. Свилен Костов: Аз не съм специалист в тази област, но знам,  че за да бъде математически определена и непротиворечива теорията, те (струните) трябва да обитават пространства с 10, 11, или 21 измерения (нашият свят има три пространствени и едно времово). Отгоре на всичко, сложността на математическия апарат е толкова голям, че на практика теорията остава незавършена - знаят се само нейните приблизителни очертания, а опитите да се открие връзка с познатите частици на Стандартния модел се оказват (за сега) неуспешни.

Самата програма на Теория на струните постига множество важни резултати, но всички те са в посока на абстрактната й математическа страна и нито един не я доближава до реален експериментален резултат. Поради това, тя се отдалечава от традиционно приетата представа (а според много физици- изискване) за емпирична наука, т.е. отговаряща на опита. Сред капацитетите в бранша се появяват и скептици, дори яростни нейни опоненти, като Шелдън Глешоу. Той отрича  „чисто математически конструкции“, които макар и красиви, не могат да бъдат потвърдени нито опровергани (критерий за фалшифициране на Попър).

Обективните причини за трудности на струнната теория са няколко. Освен математическата сложност (един от лидерите й, Едуард Уитен я нарича теория на 22 век, попаднала в 21-ви), липсва и технология за нейната проверка: необходимата енергия надхвърля многократно възможностите на съвременните ускорители. Важно е да се подчертае, че за първи път физическата теория предсказва, „генерира“, не само частици и свойства, а цели светове. Това е на цитатът на Опенхаймер за Бога Вишну с обратен, положителен знак! По този начин се оформя един от пътищата към вече известната хипотеза за Multiverse (множество вселени). Според стандартното й, макар и опростено, представяне, нашата видима Вселена е „щастливо“ случайна; една от многото, но с физични константи, подходящи за развитието на живот и в крайна сметка...разум.

Последното е друга хипотеза, т.нар. антропичен принцип, който някои теоретици постулират като неизбежен, ала мнозина отхвърлят, смятайки го за отстъпление от традиционния предмет на физиката, който намира израз в известна мисъл на Айнщайн, че „Господ не е имал избор при създаване на законите на природата”, т.е., те са уникални, поради строга вътрешно-логическа необходимост и целта на физиката е един.