From Atoms to Higgs Bosons: Voyages in Quasi-Spacetime

اعلام در سال 2012 مبنی بر اینکه بوزون هیگز کشف شده است به عنوان یک لحظه آبخیز برای مدل استاندارد فیزیک ذرات درک شد. این یک رویداد پیروزمندانه در جست و جوی تقلیل گرایانه تلقی می شد که قرن ها پیش با فیلسوفان طبیعی یونان باستان آغاز شده بود. فیزیکدانان از این که به دنیا توضیح دهند که علت نهایی جرم در جهان ما در سرن سوئیس رونمایی شده است، احساس رضایت کردند. اکنون بسیاری می دانند که مدل استاندارد فیزیک ذرات به توصیف رضایت بخشی از موجودات و برهمکنش ها در کوچکترین مقیاس های فیزیکی رسیده است: کوارک های ابتدایی، لپتون ها و بوزون های گیج واسطه که در یک زنجیره فضایی چهار بعدی ساکن هستند.

در طول سفر تاریخی فیزیک تقلیل گرایانه، ریاضیات به طور فزاینده ای نقش غالب ایفا کرده است. در واقع، ریاضیات انتزاعی اکنون در هدایت کشف ما از جهان فیزیکی ضروری است. ذرات بنیادی مطابق با ظاهرشان در معادلات پیچیده دارای وجود مجرد هستند. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، که در ابتدا برای تخمین عدم قطعیت های اندازه گیری عملی در نظر گرفته شده بود، اکنون یک ابهام عددی را برای ساختار واقعیت به ارث می برد. فیزیکدانان ذرات ابزارهای ریاضی مؤثری را که در ابتدا توسط فیزیکدانان ماده متراکم اختراع و به کار گرفته شده بود، برای تقریب ساختارهای پیچیده و دینامیک جامدات و مایعات به عاریت گرفته اند و به آنها اختیار تعریف واقعیت فیزیکی اساسی را داده اند. کشف بوزون هیگز نتیجه این نوع استراتژی‌ها بود که توسط فیزیکدانان ذرات برای برداشتن آخرین گام‌ها در جستجوی تقلیل‌گرایی استفاده می‌شد.

این کتاب نقد سازنده‌ای از ارتدکس مدرن ارائه می‌کند که همه مشتاقان به آن می‌روند. اکنون فیزیکدانان جوان آموزش دیده اند که مدل های ریاضی فیزیک مدرن در حال تکامل ما را به سوی درک واقعی تر از دنیای فیزیکی واقعی سوق می دهد. نویسندگان پیشنهاد می کنند که در میان فیزیکدانان مدرن، رئالیسم فیزیکی تا حد زیادی جایگزین شبه رئالیسم شده است، یک رویکرد فلسفی مشکل ساز که گزاره های مدل های ریاضی انتزاعی و موثر را به عنوان ارائه اطلاعات مستقیم درباره واقعیت تفسیر می کند. تاریخ ممکن است قضاوت کند که فیزیک در قرن بیستم، علیرغم موفقیت های ظاهری اش، شامل انحراف عمیقی از سفر تاریخی تقلیل گرایانه برای پی بردن به اسرار جهان فیزیکی بود.

The announcement in 2012 that the Higgs boson had been discovered was understood as a watershed moment for the Standard Model of particle physics. It was deemed a triumphant event in the reductionist quest that had begun centuries ago with the ancient Greek natural philosophers. Physicists basked in the satisfaction of explaining to the world that the ultimate cause of mass in our universe had been unveiled at CERN, Switzerland. The Standard Model of particle physics is now understood by many to have arrived at a satisfactory description of entities and interactions on the smallest physical scales: elementary quarks, leptons, and intermediary gauge bosons residing within a four-dimensional spacetime continuum.

Throughout the historical journey of reductionist physics, mathematics has played an increasingly dominant role. Indeed, abstract mathematics has now become indispensable in guiding our discovery of the physical world. Elementary particles are endowed with abstract existence in accordance with their appearance in complicated equations. Heisenberg’s uncertainty principle, originally intended to estimate practical measurement uncertainties, now bequeaths a numerical fuzziness to the structure of reality. Particle physicists have borrowed effective mathematical tools originally invented and employed by condensed matter physicists to approximate the complex structures and dynamics of solids and liquids and bestowed on them the authority to define basic physical reality. The discovery of the Higgs boson was a result of these kinds of strategies, used by particle physicists to take the latest steps on the reductionist quest.

This book offers a constructive critique of the modern orthodoxy into which all aspiring young physicists are now trained, that the ever-evolving mathematical models of modern physics are leading us toward a truer understanding of the real physical world. The authors propose that among modern physicists, physical realism has been largely replaced―in actual practice―by quasirealism, a problematic philosophical approach that interprets the statements of abstract, effective mathematical models as providing direct information about reality. History may judge that physics in the twentieth century, despite its seeming successes, involved a profound deviation from the historical reductionist voyage to fathom the mysteries of the physical universe.