Математическое изящество в физике
Итак, есть известное высказывание Дирака: “Физический закон должен быть математически красивым”. Есть также знаменитый призыв Больцмана “оставить изящество портным и сапожникам”. Здесь – несколько соображений по поводу и для затравки.
1. Психологически работа в области “фундаментальной” физики (занятой установлением “самых основных законов мироздания”) и, скажем, в (моей) области физики конденсированного состояния – совершенно различны. Беда в том, что история физики – это история “фундаментальной физики”. В смысле подготовки к реальной работе она, скорее, дезориентирует. Макс Борн писал Эйнштейну (найти сходу не смог, цитирую по памяти): ты знаешь, как я тобой восхищаюсь, но я убежден, что если в твоей манере попытается работать средний человек (к которым Борн относил и себя), ничего, кроме дерьма, из этого не выйдет.
Если даже есть (философские или богословские) основания считать, что _фундаментальная_ наука должна быть “простой и изящной”, совершенно непонятно, почему соображения простоты должны работать, скажем, в теории высокотемпературной сверхпроводимости – свойства соединений с достаточно сложными химическим составом и кристаллической структурой. Тем не менее, и там “простота объяснения” рассматривается как аргумент. Я не понимаю, почему. Скажем, Андерсон в своей книге “_The_ theory of high-Tc superconductivity” отметает все обсуждения роли электрон-фононного взаимодействия небрежной фразой, что, типа, и так все можно объяснить. Можно или нельзя – вопрос отдельный, но сам характер аргументации поразителен. А кто сказал, что вообще должен быть единый простой фундаментальный механизм? Откуда это следует?
Предположим, некоторое явление можно объяснить в рамках картины идеального кристалла. В реальности дефекты кристаллической решетки очень важны и способны радикально изменить все поведение. Тем не менее, их будут стараться игнорировать до тех пор, пока это не приведет к совсем уж вопиющим расхождениям с экспериментом. Но даже и после этого соображения о том, что “все сложно”, будут восприниматься с крайней неохотой.
2. С другой стороны, когда модель уже сформулирована и выбрана, соображения “математического изящества” вступают в полную силу – _при работе с моделью_. Точные решения обычно красивы; работающие приближения, как правило, допускают компактные формулировки. Естественно, интересующиеся физикой математики воспринимают только эту часть теор. физики. В то же время, первая часть (_до_ формулировки моделей) – главная. А там критерии совсем другие. Должна ли быть “красивой”, например, биологическая систематика (в том смысле, как, скажем, “Божественная Комедия” – три части с примерно равным количеством песен, все песни примерно равной длины и т.п.)?
3. Самая математически красивая физическая работа из тех, что я читал в журнале по горячим следам (а не в виде пересказа в учебниках) – статья Гутцвиллера 1980 года о квантовой частице на плоскости Лобачевского, где впервые в теории квантового хаоса возникла дзета-функция. К большому сожалению, польза этого направления для физики как таковой оказалась, вроде бы, небольшой. В то же время, часто очень полезными оказываются достаточно примитивные и уродливые prescriptions.
30.04.2006
UPDATE “Работающие приближения, как правило, допускают компактные формулировки” – авотфиг. И потом я это понял. В наших (с Лешей Рубцовым и Сашей Лихтенштейном) дуальных фермионах/бозонах компактные и красивые исходные действия переписываются в виде уродливых бесконечных рядов, да еще, с существенной нелокальностью по времени каждого члена. Но работает же!