flying_bear (flying_bear) wrote,
flying_bear
flying_bear

Category:

Про отличия космологии от materials science, компьютеры и т.п.

В недавней длинной дискуссии http://flying-bear.livejournal.com/689286.html была интересная ветка (разговор с sowa) о соотношении физики высоких энергий (раньше ее называли физика элементарных частиц, но потом оказалось, что бОльшая часть этих частиц не элементарные) + астрофизика + космология, с одной стороны, и физики конденсированного состояния + materials science, с другой стороны. По совету Совы, выношу (с сокращениями и мелкой стилистической правкой) в отдельный пост.

sowa
"Наука" 21-го века базируется почти исключительно на запугивании, и выхода из тенденции не видно. Точнее, выход один - неизбежный крах всего предприятия. Мне уже становится стыдно, что я числюсь в нем. Потом придется начинать сначала. Главной задачей представляется сохранение достигутого в рамках дешевой деятельности. Делать то, на что не надо выбивать деньги у правительств.

flying_bear
Математика наука дешевая (да и не наука, строго говоря, как Вы сами писали неоднократно, а совсем особый род интеллектуальной активности). Мы просто не можем забиться в свои щели и на все махнуть рукой. Синхротрон, лазер на свободных электронах или ядерный реактор в щель с собой не утащишь, а они на самом деле важны и полезны. Завернуться в простыню и ползти на кладбище, не создавая паники, мне лично не позволяет темперамент.

sowa
Да я и не призываю ползти на кладбище. Мое высказывание относилось к несколько более крупных масштабам, нежели выбор между конденсированным состоянием и высокими энергиями. Главный выбор я вижу между, скажем, физикой, химией, математикой - с одной стороны, и квантовыми компьютерами, climate change, защитой от падающих астероидов, вспышек на Солнце (пару недель назад был обнародован сценарий чудовищных бедствий, могущих произойти от чудовищного большого выброса), экзотических болезней (пару лет назад наше университетское начальство официально рекомендовало всем запастись водой и консервами на зиму - ожидался какой-то страшный грипп, вероятно птичий - и я даже знаю людей, которые запаслись).

Если псевдо-научная деятельность, базирующаяся на запугивании, победит, то вопрос о физике конденсированного состояния и физике высоких энергий станет совсем неактуальным. Первыми зарежут то, что дороже - видимо, высокие энергии, а потом и все остальное.

Вопрос: нельзя ли заняться чем-либо с более подходящим соотношением качество/цена?

flying_bear
С этим (с Вашей оценкой глобальных проектов, основанных на запугивании) я совершенно согласен. Про квантовые компьютеры, в частности, я тут высказывался неоднократно. Про климатологию и астероидную опасность я думаю примерно то же, что и Вы, но там мне труднее высказываться публично - совсем не моя область, а сил и времени разбираться в вопросе по-настоящему нет и не предвидится.

Но синхротроны нужны, прежде всего, для физики конденсированного состояния, химии и т.п. (сравнительная доступность синхротронного излучения для нужд разнообразной спектроскопии революционизировало эти области). Spallation neutron source в Ок-Ридже, несомненно, нужен много для чего реально интересного. Полным-полно, в той же теории конденсированного состояния, совершенно осмысленных научных задач, для которых нужны исключительно мощные компьютеры. Все это подешевле, чем адронный коллайдер, но, в рамках кампании за удешевление науки, тоже может пострадать.

Яркий недавний пример "дешевой" и крайне успешной науки - графен. Но это настолько редко случается...

sowa
Ну, на компьютеры пока деньги дают очень охотно. Я так думаю, что слишком охотно - тут тоже сознательно создается перекос в сторону исследований, требующих больших вычислений.

Что касается синхротронов, то это не то, о чем публика, на чьи деньги мы резвимся, знает. Крайне дорогостоящие проекты с непонятным результатом создают искаженный образ науки, и когда людям он надоест, они ликвидируют всю инфраструктуру, микроскопы нужно будет покупать на свои деньги. Мне кажется, что публика готова поддерживать науку на определенном уровне, но мотивация для поддержания супердорогих проектов (суперколлайдеры, полеты на Марс) без понятных публике результатов долго держаться не могла - и исчезла. Одно дело, когда наука встроена в имеющуюся структуру общества, в первую очередь образовательную, и совсем другое - когда кто-то из нас, ученых, просит для удовлетворения своего любопытства бюджет среднего государства.

flying_bear
Я так думаю, что слишком охотно - тут тоже сознательно создается перекос в сторону исследований, требующих больших вычислений.

Очень зависит от области. До массированного использования мощных компьютеров мы, в общем, совсем не понимали свойства реальных материалов, например. Ну просто ничего не скажешь там из соображений "красоты физической теории" и т.п. Нужно считать. В старых книгах, например, очень убедительно объяснялось, почему литий и натрий имеют определенную кристаллическую структуру. Чудо какие убедительные и красивые объяснения, вот только потом оказалось (экспериментально), что истинная стуктура основного состояния совсем другая. И там тончайшая игра чисел идет. Можно, конечно, сказать, что такие вопросы малоинтересны, но, вообще-то, "истина конкретна", и мне совсем не улыбается обсуждать "твердое тело вообще". Для общих разглагольствований можно найти тему и поувлекательней. С графеном, в силу стечения обстоятельств, оказалось возможным быстро сделать несколько интересных работ вообще без компьютеров и, по сути, вообще без финансирования. Но и там естественная логика решения задачи быстро привела к необходимости использовать весьма мощные компьютеры для дальнейшего продвижения.

sowa
Ну просто ничего не скажешь там из соображений "красоты физической теории" и т.п. Нужно считать.

У меня создается впечатление, что Вы вдруг заняли позицию, противоположную той, что Вы заняли в беседе со Шкробиусом, цитированной в его журнале.

И там тончайшая игра чисел идет.

Вы же знаете, что я - математик, и подобная фраза без объяснений не может не вызвать у меня протеста. Компьютеры не приспособлены к наблюдению "тончайшей игры чисел". Например, компьютер не отличает рациональные числа от иррациональных.

Я не утверждаю, что все вычисления на компьютерах вредны. Я утверждаю, что финасирующие органы сознательно создали перекос в сторону компьютеров. Результат был предсказуем с самого начала. Во-первых, на эти деньги кинулись шарлатаны. Во-вторых, и это гораздо хуже, результаты вычислений, не сопровождающиеся ни объяснениями, ни научными теориями, стали выдаваться за истину на последней инстанции. "Ученые из Верхне-Британского университета подсчитали, что если не закрыть все угольные электростанции, то уровень океанов к 50-му году вырастет на 50 метров".

flying_bear
Фундаментальные физические законы просты. Это крайне интересный вопрос, почему так, и крайне загадочный, но известно немало случаев, когда, руководствуясь соображениями "гармонии", люди делали прекраснейшие вещи. Впрочем, здесь тоже, вероятно, лучше вовремя остановиться (суперструны?). Теория конденсированного состояния устроена совершенно по-другому. Интересных веществ и соединений - десятки тысяч, и причин считать, что данное конкретное соединение должно описываться "просто и элегантно", нет совсем никаких. Эта психологическая разница проявилась очень ярко, когда в теорию высокотемпературной сверхпроводимости (был период, когда этим занимались "все" физики) попробовали внести вклад полевики ранга Полякова и Вильчека. Это не работает. Кроме того, в "микро"физике и в "макро"физике совершенно разное соотношение теории и эксперимента. Я понимаю, что Вам может быть недосуг и неинтересно разбираться в наших тонкостях - физика, и физика.

Тончайшая игра чисел. Хм. Энергии различных кристаллических структур -очень большие числа, допустим, десятки, сотни и тысячи (в некоторых единицах). Разница энергии кристаллических структур, в тех же единицах, иногда десять в минус четвертой, десять в минус пятой. Об этом речь, не о разнице между рациональными и иррациональными числами.

sowa
Это просто дефекты моего образования, или, если угодно, предрассудки. Фундаментальные законы на первом плане. Про разницу в психологии очень интересно - не могли бы Вы при случае развить эту мысль подетальнее? А вот в чем состоит разница в соотношении теории и эксперимента я, увы, даже и не догадываюсь.

А разве такие вещи, как модель Изинга, не являются "гармоничными"? Суперструны, как мне кажется, рушатся не только из-за отсутствия эксперименальной компоненты, но и под грузом черезмерной математической сложности - недостатка гармонии.

Но о чем Вы говорили с Шкробиусом? О фундаментальных законах или о физике вообще?

То есть просто говорите об очень больших числах, точнее, отношениях. Понятно.

flying_bear
Да, это очень важная тема, мне кажется. Есть потрясаюшее чтение - многолетняя переписка Макса Борна с Эйнштейном. В одном из писем Борн пишет: ты знаешь, как я тобой восхищаюсь, но, я думаю, если мы, нормальные физики, станем работать твоими методами, из этого не выйдет ничего, кроме дерьма.

Исходной задачей науки (естествознания) является описание "мира вокруг нас". Это мы много раз обсуждали и, кажется, в этом мы согласны. Мира во всем его многообразии. Есть вопросы о фундаментальных законах мироздания, а есть вопросы - почему платина пластичная, а иридий хрупкий, почему в литии температура структурного превращения растет с давлением, а в натрии падает (при том, что во многих других отношениях иридий похож на платину, а натрий на литий). Есть (другой пример) некий метод, претендовавший исходно на универсальность (как и все методы). В результате многолетних усилий выяснилось, что он прекрасно работает для никеля и много хуже - для железа. И так далее. Естественно, это совсем разная мотивация - у тех, кому интересно разбираться, какой мир сложный и у тех, кому интересно разбираться, какой он, по сути, простой. Величайшим из физиков первого типа (и моим главным научным героем) был Ферми. Второго - Эйнштейн. Это немного напоминает, вероятно, "венгерскую математику" в Вашем описании, но есть существенная разница, благодаря которой в физике любители решать конкретные задачи, по меньшей мере, столь же важны, как и любители прояснять основы. В физике эти задачи естественны. Они вытекают из эксперимента.

Когда я был сравнительно маленький, я рассказывал одну свою работу известному советскому (ныне американскому) теоретику. Разговор был примерно такой: а почему вариационный принцип? (Имеется в виду прямой вариационный метод с пробной функцией). - Потому что нельзя использовать теорию возмущений, нет малых параметров. - А точно решить? - Точно она вроде бы не решается. - А зачем же Вы занимаетесь задачами, которые точно не решаются? - Ну, эти системы же существуют, есть эксперимент... Как-то же надо разбираться.

В этом смысле роль компьютеров очень велика. Есть много осмысленных (мотивированных экспериментом) задач, где любая аналитика предполагает неконтролируемые приближения. При численном счете неконтролируемых приближений можно делать меньше, и они менее серьезны.

Модель Изинга. Решение Онзагера, несомненно, одна из вершин теоретической физики двадцатого века, но, все-таки, особо далеко на таких чудесных работах не уедешь. Интересна, в этом смысле, судьба так называемой "проблемы Кондо". Неважно, что за проблема (она касается поведения магнитных примесей в металлах), но она очень трудная. Сформулирована она была Кондо в 1964 году. Потом, на протяжение примерно десяти лет, было качественно прояснено, как должно выглядеть решение (ключевые имена - Абрикосов, Сул, Андерсон, Нозьер). В 1974 году Кеннет Вильсон решил проблему Кондо численно (для этого он разработал новый метод - численной ренормгруппы). Еще через шесть лет Вигман и Андрей решили проблему точно, аналитически. Так вот, я бы сказал, на удивление мало нового понимания прибавилось в результате этого точного решения. В то же время, качественные рассуждения Андерсона и Нозьера крайне важны до сих пор. Численный метод, развитый Вильсоном - тем паче.

Но о чем Вы говорили с Шкробиусом? О фундаментальных законах или о физике вообще?

О деятельности, направленной на открытие общих законов. Работа нормальных физиков-теоретиков (не великих, для гениев вообще законы не писаны) содержит обе компоненты. Скажем, увидеть аналогию между проблемой "графенового транзистора" и хоукингового испарения черных дыр - результат "озарения", пусть и несопоставимого по значению с озарениями наших титанов. А вот понять, почему из графит-оксида трудно получить хороший графен, и что нужно брать взамен - тут нужно много-много тяжеленных расчетов на компьютерах. Важно и то, и другое.

Та же история с игрой чисел. Разумеется, нормальный человек никогда не удовлетворится ответом "так получилось, так компьютер посчитал". Но, в большинстве случаев, качественные соображения без численного счета просто не работают, а вот численный счет без качественных соображений, хоть и неудовлетворителен эстетически и философски, но, скажем, помогает экспериментаторам, и вообще полезен.

О разнице в соотношении теории и эксперимента в физике высоких энергий (ФВЭ) и физике конденсированного состояния (ФКС). В ФКС каждый отдельно взятый эксперимент сравнительно недорог и доступен. Мы имеем дело поэтому с колоссальным количеством экспериментальных результатов, они, как правило, противоречат друг другу, и основная работа теоретика в нашей науке - это уметь разбираться в этой мешанине. В ФВЭ все крайне дорого и громоздко, есть, поэтому, всего несколько экспериментальных результатов, которые обсасывают и обсасывают десятки тысяч теоретиков. Совершенно другая наука, в результате. Если бы про графен было бы известно (экспериментально) столько же, сколько известно про реликтовое излучение (космология похожа, естественно, на ФВЭ), наша жизнь была бы очень простой. Вот тебе три кривые, и объясняй - одно удовольствие. А вот когда работают десятки групп, у всех получаются разные результаты, и нужно понять, в чем дело, как это зависит от технологии приготовления образцов, и т.п. ... Это и есть наша основная работа, в общем-то.

sowa
Спасибо! Все очень интересно, спорить мне не с чем. Мне кажется, что стоило бы это вынести в отдельный пост - действительно очень интересно.

Перекос внимания и математиков, и читающей публики на "простые" фундаментальные исследования, видимо, неизбежен. Помню, как еще в советские времена ВИА говорил, что мы все думаем, что физика - это КТП, космология, и т.п., а вот есть академик Л.В. Келдыш, и у него там своя физика (с намеком на ненастоящесь, как мне помнится).

Явные и неявные ссылки в беседе и другое чтение по теме:
http://shkrobius.livejournal.com/157028.html
http://flying-bear.livejournal.com/347354.html
http://flying-bear.livejournal.com/343613.html
http://flying-bear.livejournal.com/602294.html
http://flying-bear.livejournal.com/435256.html
http://flying-bear.livejournal.com/438124.html
http://flying-bear.livejournal.com/438367.html

Еще цитируется (неявным образом) высказывание Г. Вейля (из его статьи о Ф. Клейне) о познании, начинающемся с середины - с мира вокруг нас - и потом продолжающемся в обе стороны - в сторону приложений и в сторону основ - но точную ссылку в сети не нашел.
Tags: наука умеет много гитик 3
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 52 comments