О компьютерах, мышлении и законах физики

Монография известного физика и математика Роджера Пенро-уза посвяшена изучению проблемы искусственного интеллекта на основе всестороннего анализа достижений современных наук. Возможно ли моделирование разума? Чтобы найти ответ на этот вопрос, Пенроуз обсуждает широчайший круг явлений: алгоритмизацию математического мышления, машины Тьюринга, теорию сложности, теорему Геделя, телепортацию материи, парадоксы квантовой физики, энтропию, рождение вселенной, черные дыры, строение мозга и многое другое. Член Лондонского королевского общества, профессор математики Оксфордского университета, сэр Роджер Пенроуз — выдающийся ученый современности, активно работающий в различ ных областях математики, общей теории относительности и квантовой теории; автор теории твисторов. Книга вызовет несомненный интерес как у специалистов, так и у широкого круга читателей.

ЭЛЕКТРОННОЕ ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие. 8

Часть I. НА ПЕРЕДНЕМ КРАЮ ПОЗНАНИЯ.. 11

Глава 1. Связанные струной. 11

Три конфликта. 12

Вселенная в своем самом малом, или что мы знаем о материи. 13

Взаимодействия, или куда делся фотон. 16

Теория струн: основная идея. 18

Теория струн как единая теория всего. 19

Современное состояние теории струн. 21

Часть II. ДИЛЕММА ПРОСТРАНСТВА, ВРЕМЕНИ И КВАНТОВ.. 23

Глава 2. Пространство, время и взгляд наблюдателя. 23

Интуиция и ее изъяны.. 24

Принцип относительности. 26

Скорость света. 28

Истина и ее последствия. 30

Влияние на время. Часть I 30

Влияние на время. Часть II 32

Жизнь на бегу. 35

И все же: кто движется?. 36

Влияние движения на пространство. 38

Движение в пространстве-времени. 38

Как насчет Е = mс2?. 41

Глава 3. 0б искривлениях и волнистой ряби. 43

Ньютоновский взгляд на гравитацию.. 43

Несовместимость ньютоновской теории тяготения и специальной теории относительности. 44

Самая счастливая идея Эйнштейна. 45

Ускорение и искривление пространства и времени. 48

Основы общей теории относительности. 52

Некоторые замечания. 54

Разрешение противоречия. 55

Снова об искривлении времени. 56

Экспериментальное подтверждение общей теории относительности. 57

Черные дыры, Большой взрыв и расширение Вселенной. 59

Верна ли общая теория относительности?. 62

Глава 4. Микроскопические странности. 64

Квантовая теория. 65

На кухне слишком жарко. 66

Деление на порции на рубеже веков. 67

Что представляют собой порции?. 69

Волна или частица?. 72

Частицы материи также являются волнами. 75

Волны чего?. 76

Точка зрения Фейнмана. 78

Квантовые чудеса. 81

Глава 5. Необходимость новой теории: общая теория относительности versus квантовая механика 85

Суть квантовой механики. 85

Квантовая теория поля. 87

Частицы-посланники. 89

Калибровочная симметрия. 90

Общая теория относительности и квантовая механика. 91

Часть III. КОСМИЧЕСКАЯ СИМФОНИЯ.. 95

Глава 6 Только музыка, или Суть теории суперструн. 95

Краткая история теории струн. 96

Снова атомы в духе древних греков?. 99

Объединение через теорию струн. 100

Музыка теории струн. 102

Три следствия жестких струн. 104

Гравитация и квантовая механика в теории струн. 106

Грубый ответ. 106

Ловкость рук?. 109

Более точный ответ. 110

Не только струны?. 114

Глава 7. «Супер» в суперструнах. 115

Характер физических законов. 116

Спин. 118

Суперсимметрия и суперпартнеры.. 119

Доводы в пользу суперсимметрии — до появления теории струн. 120

Суперсимметрия в теории струн. 124

Суперпроблема изобилия. 125

Глава 8. Измерений больше, чем видит глаз. 127

Иллюзия привычного. 127

Идея Калуцы и уточнение Клейна. 128

Взад и вперед по Садовому шлангу. 132

Объединение в высших измерениях. 134

Современное состояние теории Калуцы—Клейна. 136

Дополнительные измерения и теория струн. 137

Некоторые вопросы.. 139

Физические следствия дополнительных измерений. 140

Как выглядят свернутые измерения?. 141

Глава 9. Дымящееся ружье: экспериментальные свидетельства. 143

Перекрестный огонь критики. 144

Дорога к эксперименту. 146

Перебирая возможности. 148

Суперчастицы.. 150

Частицы с дробным электрическим зарядом.. 151

Некоторые более отдаленные перспективы.. 152

Оценка ситуации. 153

Часть IV. ТЕОРИЯ СТРУН И СТРУКТУРА ПРОСТРАНСТВА-ВРЕМЕНИ.. 155

Глава 10. Квантовая геометрия. 155

Суть римановой геометрии. 156

Космологическая сцена. 157

Существенно новая черта. 158

Физические свойства намотанных струн. 159

Спектр состояний струны *) 160

Спор двух профессоров. 164

Три вопроса. 165

Два взаимосвязанных понятия расстояния в теории струн. 166

Минимальный размер. 167

Насколько общий этот вывод?. 169

Зеркальная симметрия. 169

Физика и математика зеркальной симметрии. 172

Глава 11. Разрывая ткань пространства. 175

Волнующая возможность. 177

Зеркальная перспектива. 178

Медленный прогресс. 179

Рождение стратегии. 180

Поздние вечера в последней обители Эйнштейна. 181

О шести банках пива и работе по выходным.. 183

Момент истины.. 183

Подход Виттена. 184

Следствия. 185

Глава 12. За рамками струн: в поисках М-теории. 187

Краткое изложение результатов второй революции в теории суперструн. 188

Приближенный метод. 190

Классический пример теории возмущений. 190

Использование теории возмущений в теории струн. 191

Приближает ли к ответу приближение?. 193

Уравнения теории струн. 194

Дуальность. 195

Мощь симметрии. 197

Дуальность в теории струн. 199

Предварительные итоги. 200

Супергравитация. 201

Проблески М-теории. 202

М-теория и паутина взаимосвязей. 204

Общая панорама. 205

Сюрприз в М-теории: демократия в протяжении. 206

Помогает ли это в неразрешенных вопросах теории струн?. 207

Глава 13. Черные дыры с точки зрения теории струн и М-теории. 209

Черные дыры и элементарные частицы.. 209

Позволяет ли теория струн продвигаться вперед?. 210

Убежденно разрывая ткань пространства. 211

Шквал электронной почты.. 213

Снова о черных дырах и элементарных частицах. 214

«Таяние» черных дыр. 215

Энтропия черной дыры.. 216

Насколько черно черное?. 218

Ваш выход, теория струн! 220

Нераскрытые тайны черных дыр. 221

Глава 14. Размышления о космологии. 224

Стандартная космологическая модель. 224

Проверка модели Большого взрыва. 225

От планковских времен до сотых долей секунды после Большого взрыва. 227

Космологическая загадка. 228

Инфляция. 230

Космология и теория суперструн. 231

В начале был комок планковских размеров. 232

Почему три?. 232

Космология и вид пространств Калаби—Яу. 233

До начала?. 234

М-теория и слияние всех сил природы.. 235

Рассуждения о космологии и окончательная теория. 236

Часть V. ЕДИНАЯ ТЕОРИЯ В XXI ВЕКЕ.. 240

Глава 15. Перспективы.. 240

Что является фундаментальным принципом теории струн?. 241

Что есть пространство и время на самом деле, и можем ли мы без них обойтись?. 242

Приведет ли теория струн к переформулировке квантовой механики?. 245

Можно ли теорию струн проверить экспериментально?. 246

Существуют ли пределы познания?. 247

Достичь звезд. 248

Примечания. 250

Словарь научных терминов. 264

Рекомендуемая литература. 270

Именной указатель. 271

Предметный указатель. 274

Оглавление. 284

ЭЛЕКТРОННОЕ ОГЛАВЛЕНИЕ.. 290