Маркус дю Сотой - О том, чего мы не можем знать. Путешествие к рубежам знаний

Раньше мы не могли себе представить лазер или атомные часы, да? Я думаю, что все ограничения в физике будут атомными, потому что все, что мы делаем, связано с атомами. Я понимаю, это звучит странно, но в детекторе должны быть атомы».

Интересно, как Эйнштейн вывел существование атомов из наблюдения того, как они воздействуют на что-то видимое – на зерна пыльцы или на угольную пыль. А сегодня мы знаем о существовании кварков по тому, как частицы отражаются от протонов. Так что, возможно, существуют способы заглянуть еще глубже.

«Я уверена, что Гейзенберг или Бор и представить себе не могли то, что мы сегодня можем измерить. Наверное, то же самое можно будет сказать и о нашем поколении… хотя мы-то, конечно, гораздо умнее», – смеется она.

Мне кажется, что эта проблема встает перед каждым поколением. Как можно знать заранее, какие хитрые новые методы можно придумать, чтобы копнуть ткань Вселенной еще немножко глубже? Но Франклин интересует еще и другой вопрос: какую часть того, что уже содержится в данных, получаемых из детекторов нынешнего поколения, мы не замечаем?

«Многие молодые ученые, работающие в моей области, не верят, что можно найти что-то новое, не предсказанное теоретиками. Это очень грустно. Когда мы натыкаемся на что-то, что не было предсказано теорией, мы чаще всего считаем, что это ошибка, и отбрасываем такой результат как флуктуацию. Это меня беспокоит, потому что наши эксперименты устроены таким образом, что там есть триггеры, которые срабатывают на определенные вещи – но только на те вещи, которые мы ищем, а не на другие. Интересно, что мы при этом пропускаем».

Такая судьба, видимо, чуть не постигла пентакварк, об открытии которого недавно объявили в ЦЕРН. Его чуть не посчитали шумом. Поскольку я писал книгу о том, чего мы знать не можем, Франклин спросила меня, согласился бы я узнать все, если бы это можно было сделать одним нажатием кнопки. И когда я уже протянул руку к ее гипотетической кнопке, чтобы продать душу дьяволу за знание доказательств всех теорем, над которыми я работаю, она меня остановила.

– Я бы этого не делала.

– Почему?

– Потому что так неинтересно. То есть существуют какие-то вещи: если бы я могла нажать на кнопку и тут же бегло заговорить по-итальянски, я бы нажала. Но не в науке. Мне кажется, дело в том, что так на самом деле нельзя ничего понять. Нужно приложить усилия. Нужно пытаться что-то измерить, стараться что-то понять.

Я был заинтригован. Неужели она не нажала бы на кнопку, если бы могла узнать, существуют ли за кварками другие частицы?

– Если бы мне просто объяснили методику, это было бы здорово. Но одна из главных причин, по которым мы вообще занимаемся наукой, – это появление новых идей. Бороться за знания интереснее. Так что с кнопкой все не так просто.

Мне кажется, что Франклин просто нравится делать новые вещи, искать новые частицы, управляя погрузчиками и сверля дырки в бетоне, а не размышлять за письменным столом.

– Экспериментаторы кое в чем похожи на ковбоев. Зааркань-ка вон ту штуку и тащи ее сюда. И не обращай внимания на того парня, который сидит в углу и о чем-то там думает. Когда мне будет 60, я стану менее категоричной и предубежденной. Уйду из ковбоев… Нет, не хочу уходить из ковбоев… Не знаю… Это трудно. Ковбои не так-то просты. Ходить на работу в ковбойских сапогах – это своего рода позиция.

С этими словами она села в такси и укатила в римский закат, навстречу новым научным приключениям, в поисках знаний, которые можно было бы заарканить.

В самом ли деле кварки, в открытии которых участвовала Франклин, образуют самый последний рубеж, или же когда-нибудь их можно будет разделить на меньшие части подобно тому, как атом разделили на электроны, протоны и нейтроны, а их, в свою очередь, – на кварки?

Многим физикам кажется, что имеющиеся сейчас экспериментальные данные в сочетании с математической теорией, которая обосновывает эти эксперименты, дают нам ответ на вопрос о сущности действительно неделимых частиц, из которых состоит игральная кость. Как все 118 элементов периодической системы могут быть сведены к различным комбинациям базовых структурных элементов трех видов – электронов, протонов и нейтронов, – так и сотни новых частиц, обнаруженных в столкновениях космических лучей, могут быть сведены к простому набору ингредиентов. Дикое разнообразие зверинца частиц укрощено. Но насколько можно быть уверенным в том, что его ворота не откроются снова и из них не появятся новые звери? По правде говоря, физики не знают, закончена ли эта история.

В симметрической модели, лежащей в основе систематизации этих частиц, треугольник, соответствующий кваркам, является последним неделимым слоем из всех, описывающих различные физические представления группы SU(3). Математика симметрии предполагает, что мы достигли дна. Треугольник, соответствующий кваркам, образует неделимый слой, из которого образуются все остальные слои. То есть математика симметрии говорит нам, что мы добрались до неделимого. И все же не повторяем ли мы ошибку Гелл-Манна, отвергшего сперва идею кварков на том основании, что они имеют дробный заряд? Однако у кварков и электронов есть еще одна характеристика, которая до некоторой степени обосновывает веру в их неделимость: они, по-видимому, не имеют объема, но ведут себя так, как если бы они были сосредоточены в одной точке.

С точки зрения математики геометрические формы образуются трехмерными телами, двумерными плоскостями, одномерными прямыми и ноль-мерными точками. Странность заключается в том, что все они были задуманы как абстрактные объекты, не имеющие физического воплощения в нашем трехмерном мире. Действительно, что такое прямая линия? Если провести линию на бумаге и посмотреть на нее под микроскопом, можно увидеть, что она имеет некоторую ширину. То есть на самом деле это не прямая. Собственно говоря, она имеет еще и некоторую высоту, потому что атомы, нанесенные карандашом на бумагу, образуют на ней маленький графитовый (или из чего там сейчас делают карандаши) хребет.

Точно так же точку в пространстве можно определить ее координатами GPS, но никто не ожидает, что какой-нибудь объект будет расположен только в этой точке и нигде больше. Точку нельзя увидеть. Ее размеры равны нулю. И тем не менее электрон во многих отношениях ведет себя так, как если бы он был сосредоточен в единственной точке пространства, и так же ведут себя кварки внутри протона и нейтрона. Картина рассеяния электронов на электронах, а также на кварках внутри протонов и нейтронов имеет смысл только в модели, в которой эти частицы не имеют объема. Если придать им объем, рассеяние будет выглядеть по-другому. А если они действительно являются точечными частицами, трудно ожидать, что они могут быть разобраны на части.