Максим Либанов - Почему наш мир таков, каков он есть. Природа. Человек. Общество (сборник)

Может показаться, что все это бред сумасшедшего или фантазии ученых, что никакой практической пользы от этого не может быть. Есть, однако, одна история, связанная с величайшим физиком XX века Эрнестом Резерфордом . Этот человек открыл альфа– и бета-излучение, обнаружил протон, доказал, что атом устроен планетарным образом – что электроны вращаются вокруг ядра, – и сделал еще массу других открытий, каждое из которых могло бы быть удостоено Нобелевской премии по физике. Сделав как никто много для ядерной физики, Резерфорд в 1933 году сказал: «Каждый, кто надеется, что преобразование атомных ядер станет источником энергии, исповедует вздор». Как теперь ясно, он сильно ошибался: до атомного взрыва в Хиросиме оставалось всего двенадцать лет.

Эрнест Резерфорд – 1871–1937 – Английский физик, заложивший основы теории строения атома. Лауреат Нобелевской премии 1908 г.

Конечно, никто сейчас не может дать гарантии, что открытие, например, ненулевой космологической постоянной принесет в обозримом будущем какую-то практическую пользу. Но совершенно очевидно, что никакой пользы точно не будет, если не задаваться вопросами, поставленными в этой лекции, если не пытаться понять, как и почему так, а не иначе, устроен наш мир. Именно поэтому тратятся немалые средства на проведение исследований в области фундаментальной физики. Именно поэтому на Большом адронном коллайдере (по разным оценкам, стоимость от 6 до 10 миллиардов долларов) разработана целая программа по поиску подтверждений теории струн. Ищут квантовые черные дыры, которые могут появиться в некоторых моделях, ищут проявления дополнительных измерений. Возможно, нам повезет и мы найдем подтверждения теории струн, возможно, мы удостоверимся в существовании других вселенных и, возможно, когда-нибудь будет найден способ сделать туннель в другую вселенную. И когда наша Вселенная рано или поздно умрет (а это случится почти наверняка хотя бы из-за ненулевой космологической постоянной), мы сможем перебраться в новый мир, и разум не погибнет вместе с нашей Вселенной.

…Или не сможем – время покажет, как на самом деле устроен мир.

Сергей Попов – Астрофизик, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Астрономического института им. П. К. Штернберга (ГАИШ) МГУ.

Одному довольно известному политическому деятелю приписывается высказывание: «Искусство должно быть понятно народу». Но история показала, что искусство никому ничего не должно: оно идет своим путем – кто-то идет с ним, а кто-то не идет. На мой взгляд, с наукой в ХХ веке получилось как с искусством. Каждый из них шел своим путем, а в результате как современное искусство, так и современная наука многим сегодня непонятны. В искусстве я ничего не понимаю, но науку могу сделать немножко понятнее.

Если взять науку и искусство какого-нибудь XVII века, мы оказываемся на очень комфортном нулевом уровне понимания. Вы подходите к картине Боттичелли и видите, что это просто красиво. Подойти к произведению современного актуального искусства и сказать, что это красиво, можно в очень редких случаях. С наукой произошло примерно то же самое. Нет ничего удивительней, чем посмотреть в телескоп на Сатурн. Если не смотрели, то посмотрите. Или рассмотреть в микроскоп каких-нибудь инфузорий – это потрясающе. Это такой же нулевой уровень понимания, такой же условный «ах!».

История открытия колец Сатурна сама по себе очень интересна. Вообще говоря, кольца Сатурна в первые телескопы видно было плохо. Галилей [15]увидел, что Сатурн не круглый. Все думают, что Чебурашку придумал Успенский, но это был Галилей. Он посмотрел на Сатурн и увидел нечто похожее на Чебурашку – диск с ушами. Галилей был крайне рациональный человек: он никому не стал рассказывать об увиденном, но оставил зашифрованное сообщение, чтобы потом можно было отстоять приоритет. А когда через какое-то время с помощью более качественного телескопа снова посмотрел на Сатурн, чтобы получше разглядеть, – ничего не увидел и подумал, что померещилось. Еще через несколько десятилетий с помощью еще более мощных телескопов были открыты кольца Сатурна, но это сделал уже не Галилей. Дело в том, что на Сатурне, как и на Земле, есть времена года. В зависимости от угла мы видим кольца красивыми, как привыкли видеть на картинке, или с ребра – и тогда ничего не видно.

В современной научной статье очень редко можно увидеть изображения (если там вообще есть изображения), которые бы вызвали пресловутый «ах!». Скорее это будет нечто больше похожее на «ууу…»: это непонятно и не всегда красиво.

Начнем издалека – с краткой истории вселенной. Вселенная имеет конечный возраст. Идея эта очень интересна, и рационально мыслящие люди в нее не всегда верили. Под вселенной в данном случае я понимаю «вселенную с маленькой буквы» – то, что мы видим вокруг, что мы видим в телескопы сейчас и сможем увидеть в сколько-нибудь обозримом будущем. Всего этого когда-то не было. Это очень жесткое, абсолютно не философское, но наблюдательное утверждение. Сейчас мы в этом убедимся.

Представим, что вселенная бесконечна и заполнена звездами (это рациональная вселенная XIX века). Нигде нет никакого центра, мы не живем в центре скопления звезд. Если бы мы жили в центре мира, это было бы очень подозрительно, но мы живем в самом заурядном месте. Значит, куда бы мы ни посмотрели – взгляд рано или поздно упрется в звезду. Это легко понять: если завязать глаза и побежать даже через самый редкий лес, вы непременно найдете лбом свое дерево. Если ночью смотреть в заполненную звездами бесконечную Вселенную, где-то взгляд должен упереться в «лампочку» и все небо должно сиять, как поверхность звезды. Никакой ночной черноты не было бы. Отчего же мы, тем не менее, видим небо таким, какое оно есть, – яркие огоньки на черном фоне? Звезды где-то заканчиваются?

Правильный ответ в том, что звезды кончаются не в пространстве, а во времени – когда-то этих звезд не было. Вселенная при этом может быть бесконечна – это ничему не противоречит, просто звезды возникли какое-то время назад, и свет от далеких звезд до нас не дошел. Теперь мы знаем, какое это время – примерно 13,7 миллиарда лет назад.

Когда-то произошло нечто, что мы называем Большим взрывом [16], в котором родилась наша Вселенная. После этого она начала расширяться и продолжает это делать по сей день. Мы это действительно знаем, это наблюдательный факт, а не результат интерполяций и экстраполяций. Сначала Вселенная была очень горячей и плотной – мы видим оставшееся от той эпохи излучение. Если включить телевизор и поймать пустой канал, на экране будет рябь. Заметный процент этой ряби и есть излучение далекой горячей Вселенной. Если бы вы это заметили до 1965 года и сделали правильный вывод, получили бы Нобелевскую премию.