Геннадий Горелик - Кто изобрел современную физику? От маятника Галилея до квантовой гравитации

В нынешней фундаментальной физике экспериментальная часть заметно эффективнее теоретической: в космологии Нобелевские премии уже трижды присуждались экспериментаторам и ни разу теоретикам. Однако вопрос об эффективности касается и экспериментаторов. Установка, с помощью которой Резерфорд открыл в 1911 году структуру атома с крошечным ядром в центре, помещалась у него на коленях и стоила меньше сотни фунтов. Спустя двадцать лет неизбежно и вполне оправданно стали строить установки, в сотни раз более масштабные, — ускорители. Но эффективность установки определяется не ее стоимостью, а людьми, которые придумывают эксперименты.

Тут опять поучителен советский пример. В стремлении «догнать и перегнать» советское руководство дважды находило средства, чтобы построить ускоритель, превосходящий по своим параметрам все другие в мире, и такое первенство держалось на протяжении нескольких лет. На этих рекордных установках, однако, не удалось получить результаты, сопоставимые с западными. Причина была социальной — косная, неконкурентная система организации советской науки.

Общий вывод из этой истории с политической географией состоит в том, что эффективность расходов на науку — законный вопрос государственной политики, открытый для обсуждения. Фундаментальные физики должны быть готовы к конкуренции за государственный бюджет с физиками других областей, представителями других наук и других сфер социальной жизни. А разумное ограничение расходов на фундаментальную физику может даже повысить ее эффективность в соответствии с русской пословицей «Голь на выдумки хитра» и с несколько более слабой английской «Necessity is the mother of invention».

Лучший источник научного оптимизма — история фундаментальной физики. Если за прошедшие четыре века возможны были столь поразительные успехи науки при весьма скромных средствах, то преодолимы, можно надеяться, и последствия временного избытка. Когда заработает проверенный метод Галилея — Эйнштейна, «постсовременный» способ станет объектом изучения историков, которые заметят сходство постсовременной и предсовременной философий науки.

Вспомним впечатляющий конфуз в самый канун рождения современной физики — «Космографию» молодого Кеплера, его кубок шести планет. «Объяснив» число и положения планет с помощью изящной математики и астрономических данных, автор праздновал триумф и тоже не думал об экспериментальной проверке. Он пережил крушение своего триумфа, занявшись менее грандиозной и гораздо более трудоемкой задачей — поиском законов планетных движений. Пережил он без особой горечи и невнимание Галилея к его законам, поскольку, похоже, чувствовал потенциал Галилеева метода — метода современной физики — к познанию мира.

Этот метод в руках последователей Галилея привел к поразительным достижениям и в двадцатом веке, когда к исходной цели — узнать истинное устройство Мироздания — добавилось историческое измерение — выяснить соотношение разных теорий, представляющих физическую реальность с качественно разной глубиной и с разной количественной точностью.

Современные теоретики, считая, что математическое изящество физической теории достаточно для веры в ее правильность, исходят из невозможности экспериментов. Причина — чрезвычайная малость известных до сих пор квантово-гравитационных эффектов.

Этой причине, если отсчитывать от первого cGh -эффекта, указанного Эйнштейном в 1916 году, уже сто лет. Это много, но не беспрецедентно. Атомная гипотеза ждала экспериментального исследования более двух тысячелетий, а гипотеза Галилея о «наибыстрейшей» скорости света — два с половиной столетия. Так что стоит набраться терпения, необязательно коротая время «постсовременными» текстами. Лучше искать наблюдательные эффекты, как это делал Эйнштейн в начале пути к его теории гравитации.

Авторы недавнего обзора в журнале «Успехи физических наук» признали, что «теоретическая физика, предоставив обширный перечень возможных направлений и методов поиска частиц темной материи, исчерпала себя». Закончили, однако, с оптимизмом: «Почему Природа столь щедра к нам и позволяет открывать свои секреты?» Единственное основание для этого дает именно четырехвековая история успехов физических наук.

В общественном восприятии подобный оптимизм, а то и слепая вера в могущество науки, соседствует ныне с мрачным пессимизмом: в сумасшедшем темпе научно-технического прогресса видят аналог злокачественной опухоли, ведущей к гибели человечества. Оба взгляда порождены историей науки в двадцатом веке, когда она стала определяющим фактором жизни общества. В предыдущие века смещение даты какого-то открытия на пару десятилетий ничего особенно не меняло в мировой истории. В двадцатом века это не так.

К примеру, деление урана, открытое в 1939 году, вполне могли открыть на пять лет раньше в опытах по искусственной радиоактивности. Тогда атомная бомба появилась бы на пять лет раньше — в 1940-м, и, скорее всего, в Германии, где тогда была сильнейшая физика. Ради такого дела Гитлер мог и отложить «решение еврейского вопроса», изгнавшее многих физиков из страны. А чем грозила человечеству атомная бомба в руках Гитлера, объяснять вряд ли надо.

Другой пример дает советское изобретение водородной бомбы, испытанной через пять месяцев после смерти Сталина. По мнению некоторых экспертов, проживи он еще пару лет в своем нараставшем безумии, и водородная бомба в его руках была бы страшнее атомной в руках германского фюрера.

В этих случаях человечеству повезло, что научно-технические открытия задержались на несколько лет. Но в том, что Карибский кризис 1962 года не закончился мировой ядерной войной, сыграло свою роль уже разработанное термоядерное оружие с его гарантированным взаимным уничтожением обеих сторон.

На ядерное оружие обычно смотрят в лучшем случае как на бессмысленно растраченные ресурсы человечества. Однако если обнаружится, что Земле угрожает столкновение с астероидом, у человечества нет иного источника энергии, сопоставимого по мощи с термоядерным, чтобы отклонить маловероятное, но возможное событие, какие уже бывали в истории Земли. Тогда придется поблагодарить разработчиков «бессмысленного» оружия.

Самое здравое отношение к открытиям науки и техники выразил Владимир Вернадский еще в 1910 году, говоря о радиоактивности:

Перед нами открылись источники энергии, перед которыми по силе и значению бледнеют сила пара, сила электричества, сила взрывчатых химических процессов… С надеждой и опасением всматриваемся мы в нового союзника.