В чем смысл жизни физика

Когда я спросил экспериментатора, который более трех десятилетий искал слабо взаимодействующие массивные частицы в качестве неуловимой темной материи и не нашел их, «как долго вы будете продолжать?», он ответил: «Пока у меня есть финансирование».

Для меня это не был удовлетворительный ответ. Мы живем короткое время, и лучше потратить его с умом, чтобы в конце жизни мы почувствовали, что внесли весомый вклад в мир. Исключать то, чего не существует на протяжении всей научной карьеры, не так полезно, как находить что-то новое, что действительно существует.

Эта тема поднялась на сессии вопросов и ответов, которую я провел с несколькими десятками студентов факультета физики и астрономии в Университете Тафтса после личного коллоквиума, который я провел там вчера. Один из студентов спросил: «Что будет хорошей стратегией выбора темы исследования для докторской диссертации?» Мой совет состоял в том, чтобы выбрать тему, в которой научное знание развивается быстро или имеет потенциал для быстрого прогресса. Эти характеристики обозначают большую неизведанную территорию, « непройденную дорогу », по словам Роберта Фроста, где предшественники не смогли подобрать низко висящие плоды.

Физики, занимавшиеся квантовой механикой на ее ранней стадии столетие назад, сделали фундаментальные открытия. Например, в 70-страничной докторской диссертации , написанной в 1924 году, Луи де Бройль сделал фундаментальное открытие корпускулярно-волнового дуализма в квантовой физике и получил за это Нобелевскую премию в 1927 году.

Крайне маловероятно, чтобы Луи де Бройль, Нильс Бор , Макс Борн , Вернер Гейзенберг , Вольфганг Паули , Эрвин Шредингер и Поль Дирак были намного более талантливы, чем поколения физиков, которые пошли по их стопам. Но десятилетия спустя оставшиеся плоды квантовых знаний остались высоко на самых высоких ветвях и до них было трудно добраться.

То же самое и с историей ускорителей частиц . Циклотрон , разработанный Э. О. Лоуренсом, впервые произвел, идентифицировал и исследовал мезоны в 1948 году, исследование, которое привело к серьезным изменениям в нашем понимании ядерной физики и раскрытию фундаментальных строительных блоков кварков и глюонов в квантовой хромодинамике. Полвека спустя вложение десяти миллиардов долларов в Большой адронный коллайдер не было столь революционным и в первую очередь подтверждало пока существование бозона Хиггса .

Некоторые области исследований остаются непопулярными до тех пор, пока они не будут узаконены крупным экспериментальным открытием. Примеры включают поиск экзопланет по лучевой скорости или методы транзита, которые были предложены в 2-страничной статье Отто Струве в 1952 году, но стали популярными только в 1995 году после первой идентификации планеты вокруг солнцеподобной звезды 51 Пегаса. Мишелем Майором и его аспирантом Дидье Кело , за что они получили Нобелевскую премию по физике в 2019 году . То же самое верно и для астрофизики гравитационных волн , которая стала основной областью исследований после открытия первого источника гравитационных волн GW150914.коллаборацией LIGO в 2015 году, за которую в 2018 году была присуждена Нобелевская премия по физике .

Сегодня краткая исследовательская заметка в духе статьи Струве, указывающая новый путь открытия, скорее всего, была бы заблокирована модераторами arXiv и никогда бы там не была размещена. Аргумент модераторов заключается в том, что примечание недостаточно обширно, чтобы быть содержательным, поскольку оно следует тривиальной экстраполяции того, что известно о двойных звездных системах.

Напротив, самый важный урок, который следует извлечь из истории физики, заключается в том, чтобы избегать областей, в которых за многие десятилетия не было достигнуто большого прогресса в развитии наших научных знаний о реальности. Сюда входят рубежи в теоретической физике, основанные на представлениях, не получавших экспериментального подтверждения более полувека. Эта временная шкала «полвека» в этом контексте является фундаментальной, так как она представляет собой типичный активный период физика и отражает риск потратить всю карьеру на исследовательскую программу, которая не приведет к открытию новой грани реальности.

Мир идей намного больше, чем реальный мир, в котором реализована небольшая часть этих возможностей. Задача математика проще, чем задача физика, потому что математическим идеям не нужно выдерживать проверку экспериментальными данными о том, описывают ли они реальность.

Самый важный выбор в жизни связан с риском , потому что результаты неопределенны, пока мы их не изучим. И к тому времени, когда мы их изучим, любое потраченное впустую время нельзя будет потратить на лучшие варианты. Итак, что же делает физик, чтобы сделать карьеру значимой? Сосредоточьтесь на новых рубежах со свежими необъяснимыми и захватывающими данными и рискните , пытаясь их продвинуть. Изучение неизведанного делает жизнь значимой и веселой.

Ожидаю ли я, что большинство студентов, пришедших на вопросы и ответы после моего коллоквиума, последуют этому совету? Нет, я не настолько наивен. Большинство из них будут следовать популярным тенденциям, которые в дальнейшем открывают наилучшие перспективы для постдокторских и преподавательских должностей. Эти излюбленные области исследований были определены старшими наставниками, которые основывали свой престиж на проторенном пути, даже если этот путь десятилетиями не приносил низко висящих плодов. Беспроигрышный вариант для начинающих ученых — произвести впечатление на коллег, следуя моде. Это дает комфорт большому сообществу коллег, которые регулярно встречаются в коридорах научных кругов и на конференциях, чтобы обсудить последние ограничения на вещи, существование которых не доказано.

Те же студенты со временем станут старшими преподавателями и ответят на вопрос: «Как долго вы будете продолжать?» ответом: «пока меня финансируют». И они будут продолжать финансироваться до тех пор, пока в комитетах по финансированию будут коллеги-единомышленники. Люди знают, как превратить жизнь в самосбывающееся пророчество.

ОБ АВТОРЕ

Ави Леб — руководитель проекта «Галилео», директор-основатель инициативы Гарвардского университета «Черная дыра», директор Института теории и вычислений Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и бывший заведующий кафедрой астрономии Гарвардского университета (2011 г.). –2020). Он возглавляет консультативный совет проекта Breakthrough Starshot, а также является бывшим членом Совета советников президента по науке и технологиям и бывшим председателем Совета по физике и астрономии национальных академий. Он является автором бестселлера « Внеземной мир: первый признак разумной жизни за пределами Земли » и соавтором учебника « Жизнь в космосе », опубликованного в 2021 году. Его новая книга под названием « Межзвездная », планируется к публикации в августе 2023 года.