Эмиль Ахмедов: «Все, что можно проверить, нужно проверять»

Разговор с физиком Эмилем Ахмедовым о понимании квантовой физики, проверке теорий и квантовых компьютерах

Главный редактор ПостНауки Андрей Бабицкий побеседовал с доктором физико-математических наук, ведущим научным сотрудником Института теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова, профессором кафедры теоретической физики МФТИ Эмилем Ахмедовым о том, как проверять теории в квантовой физике, помогает ли в этом интуитивное восприятие и стоит ли ждать квантовый компьютер.

— Можно ли считать квантовую физику в широком смысле исключительно контринтуитивной и неинтуитивной?

— Один из создателей квантовой механики Эрвин Шрёдингер был состоявшимся ученым на момент, когда он написал волновое уравнение, которое описывало волновые явления в квантовой механике. Там все предельно просто, если понимать электрон как волну. Сложности возникают при измерении. Когда квантово-механическая система замкнутая, то есть предоставлена самой себе и на нее ничто не воздействует, она описывается вполне понятными уравнениями, как, например, уравнения Ньютона. Они, может, несколько сложнее, но настолько же понятные образованному человеку. Однако во время измерений, то есть когда вы размыкаете квантово-механическую систему, воздействуете на нее снаружи какой-то большой классической системой, начинаются сложности с интерпретацией результатов. И если относительно образованным людям в этой области я способен объяснить происходящее, то пояснение остальным мне дается с трудом. Интуитивное восприятие здесь не помогает, потому что интуиция основана на разборе очень большого количества примеров. Если вы не разбирали примеры в данной области, то и интуиции никакой нет. А если вы разбирали примеры из другой области и влезли в эту, то понятно, что все в этой области будет контринтуитивно.

Скажем, у квантовой механики очень мало отличий от оптики, которая на некоторой стадии тоже становится квантовой механикой. Есть область, вообще непонятная ученым, — квантовая гравитация. Здесь нет ни рабочих теорий, ни ясности, как можно что-либо проверить экспериментально. Можно разве что проводить вычисления. Некоторые из-за этого отказываются работать в этой области. Я, например, отношусь к тем людям, которые считают, что не стоит все бросать из-за этого. Мне не интересны технологические задачи — мне интересно концептуально новое знание. Как любят ссылаться в этом месте на Эйнштейна, мне интересны мысли Бога.

Большинство взаимодействий, с которыми мы имеем дело, описываются так называемыми калибровочными теориями. Скажем, теория Максвелла или теория Янга — Миллса. Эти калибровочные теории обладают определенными свойствами. Можно обсуждать их общие свойства, и это, на мой взгляд, на данный момент можно делать исключительно математически, а не экспериментально, потому что не так много вариантов мы можем измерить, например столкнув что-то в ускорителе.

Однако я считаю, что все, что можно проверить, надо проверять. Помню, в детстве слушал как-то лекцию нобелевского лауреата, который получил премию за дробный квантовый эффект Холла. Он был открыт, потому что у ученых была возможность измерить свойства каких-то материалов при очень низких температурах. У него спросили: «Зачем вы полезли туда?» Он ответил: «Мой научный руководитель на тот момент сказал бы, что надо проверить все, что проверяется».

— А сейчас вас не ставят в ступор пробелы в теории?

— Существует дыра в квантовой теории поля. Например, есть нулевые колебания, которые что-то весят, при этом неясно, куда девается их масса. Это так называемая проблема космологической постоянной. Нулевые колебания — это основное состояние, состояние с наименьшей энергией в квантовой теории поля.

На самом деле мы понимаем очень мало. Я, возможно, утрированно говорю, но мы ответили только на те вопросы, которые задали. А задали мы очень мало вопросов. Например, мы не знаем, почему мир четырехмерный, почему время отличается от пространства по своим свойствам. Такие вопросы, конечно, не сформулированы научно, тем не менее ими можно задаваться.

Бесконечность познания так устроена, что мы что-то предполагаем как само собой разумеющееся и из этого что-то выводим. Математики стараются проговорить все скрытые предположения четко и ясно, а физики — не всегда. Но рано или поздно мы проговариваем их, а потом кто-нибудь задается вопросом, из чего это следует. Можно сказать, мы делаем более фундаментальный шаг на более фундаментальном уровне, и так до бесконечности.

— Вы следите за технологиями? Скажем, квантовые компьютеры вам интересны?

— Безусловно, слежу. Мне интересны квантовые компьютеры. Просто для серьезных вычислений нужно делать хотя бы 10 тысяч кубитов, и я боюсь, что они не способны на это — просто потому, что, когда слишком много кубитов, теряется когерентность. Хотя, конечно, большинство вещей, которыми мы сейчас пользуемся, исходно были чистой мыслью.

Мне кажется, со временем нужно все больше и больше квантовых физиков. Особенно если развивать квантовый компьютер. Все еще открытый вопрос — на чем его делать: на фотонах, сверхпроводниках, квантовом Холле или каких-то топологических изоляторах? Возможно, это окажется инженерным решением.

Если, например, в России сейчас построить церновский ускоритель, то это вернет сюда определенного сорта инженеров. Можно будет построить инженерную школу, которая будет создавать разные устройства. Я бы сказал, что сейчас недоволен состоянием науки в области квантовой физики и ее прогрессом вообще в мире. Не могу сказать про другие области, но подозреваю, что в них тоже не все в порядке. В этом смысле мне близка диалектика. Считаю, что диалектические законы Гегеля — естественно-научные. И для того, чтобы социум, как любой организм, развивался, ему нужна какая-то задача, которая требует приложения усилий, — сверхзадача. Например, покорять Галактику, а лучше даже Вселенную. Очевидно, для этого одной постройки ракет не хватит. Придется решать целый комплекс задач, поднимать фундаментальную науку, медицину, биологию и так далее.

Квантовая теория поля — это только часть нашей жизни, достаточно маленькая. Но она необходима и, возможно, поможет решить некоторые технологические проблемы в таких задачах.

Источник: postnauka.ru

Комментарии: