Сложности возникают, если попытаться применить уравнения к таким экстремальным условиям, какие могут возникнуть в самые ранние моменты Большого взрыва, или в глубине черных дыр, где решения становятся сингулярными. Концептуальные головоломки также возникают в квантовой теории малых черных дыр.
Можно было бы говорить о важном достижении и значительном прогрессе, если бы удалось выявить какое‑либо конкретное наблюдаемое явление, несущее в себе характерные черты квантовой гравитации, — и, конечно, понаблюдать за ним. До сих пор, несмотря на повсеместное интенсивное внимание и перспективу славы и премий, это еще никому не удалось.
То, что не происходит
Важная функция фундаментального знания состоит в том, чтобы избавить нас от мыслей, которые, скорее всего, окажутся непродуктивными. Здесь я хотел бы упомянуть о трех потенциальных «технологиях», широко представленных в популярных СМИ, но не слишком хорошо стыкующихся с фундаментальной физикой. Конечно, сюрпризы всегда возможны, и природа — это высший авторитет. Но развитие событий в следующих направлениях потребует от нас отказаться от принципов, которые до сих пор нам очень хорошо служили.
• Передача информации со сверхсветовой скоростью противоречит специальной теории относительности. В экстремальных условиях, при наличии сильных гравитационных полей, пространство‑время может деформироваться. Из‑за этого возникает вероятность образования туннелей в пространстве («кротовых нор») между точками, которые иначе находятся невероятно далеко одна от другой. Но, как я буду размышлять ниже, использование «кротовых нор» выходит далеко за пределы возможностей любой достижимой технологии.
• Воздействие на большом расстоянии, о котором говорила, например, астрология, не является частью нашей стандартной модели. Не случайно это также не согласуется с накопленным наукой опытом. Стоит предпринять несколько обычных мер предосторожности, как даже невероятно тонкие эксперименты дают воспроизводимые результаты, независимые от внешнего мира.
• Ментальное воздействие, явным образом проявляющееся в экстрасенсорном восприятии, телекинез, ясновидение и так далее, оторванные от физического субстрата, являются объектами аналогичных толков. Для них в современной фундаментальной физике нет места. И даже после максимально тщательно проведенных исследований экспериментаторы не сочли нужным беспокоиться о том, что думают люди.
Перспективы
Вычисляя реальность
Можно ожидать, что скоро компьютеры сделают для ядерной физики, астрофизики, материаловедения и химии то, что уже сделали в области авиастроения, дополнив и в конечном счете заменив лабораторные эксперименты вычислениями.
Недавняя разработка КХД — нашей теории сильного взаимодействия — позволяет достаточно четко предвидеть грядущее. Первоначальная проверка теории производилась при помощи точного количественного описания процессов очень высоких энергий, где ее закономерности упрощаются. Но ядерная физика, требующая изучения, в первую очередь, сильных взаимодействий, оказалась крепким орешком. Для решения уравнений КХД аналитическими методами потребовалась значительная изобретательность, а наиболее успешным подходом на сегодняшний день стало представление фундаментальных уравнений в формате, с которым могут работать компьютеры с тем, чтобы дальше действовали они. Теперь мы можем предвидеть будущее, в котором ядерная физика достигнет того же уровня точности и универсальности, которого добилась сегодня атомная. Усовершенствованная ядерная «химия» может дать нам сверхплотные источники энергии — более компактные, более управляемые и более универсальные, чем современные реакторы (или бомбы).
При проектировании полезных катализаторов и препаратов расчет будет все чаще заменять эксперименты, что приведет к значительно большей эффективности и откроет новые возможности для творческих исследований.
Многие технологические проблемы напрямую связаны со свойствами материалов. Создание более производительных аккумуляторных батарей (источников энергии) может привести к революции в области робототехники; повышение эффективности работы фотоэлементов может облегчить переход на широкомасштабное использование солнечной энергии; сверхпроводники, сохраняющие свойства при комнатной температуре, могут облегчить движение железнодорожного транспорта; прочные материалы позволят построить космический лифт, способный дешево и надежно связать Землю с космосом. В каждой из этих — и многих других — важных областей относительно небольшие улучшения ключевых свойств материалов могут кардинально изменить основные правила функционирования объектов. Можно ли это сделать? Ответ скрыт в наших уравнениях, но, чтобы извлечь его, надо произвести вычисления.