Знание-сила, 2007 № 12 (966)

Что изменилось четверть века спустя, через триста лет после того, как Ньютон открыл основные принципы математического анализа функций и механики небесных тел? В 1967 году великие державы Земли не воевали между собой, хотя Китай был готов погрузиться в многолетнюю усобицу культурной революции, придуманной председателем Мао. В таких условиях державные деньги США и СССР щедро тратились на научные исследования, будь то подготовка к полетам космонавтов на Луну или создание общей теории элементарных частиц на основе представлений групп Ли. Уроженцу Нью-Йорка Стивену Вайнбергу и питомцу Кембриджа Абдусу Саламу не понадобилось создавать новые главы математики для электрослабого объединения фотонов с массивными бозонами W и Z. Всю необходимую алгебру математики открыли еще в начале ХХ века, наводя порядок в симметриях дифференциальных уравнений по методе покойного Эвариста Галуа.

У биологов в 1967 году были свои яркие успехи и свои острые проблемы. Молодое поколение молекулярных генетиков и конструкторов развернулось во всю свою мощь и прыть. Крик и Ниренберг со товарищи полностью расшифровали код ДНК и сами мастерили по природным шпаргалкам то молекулу очередного белка — фермента, то свежепрочитанный ген из ДНК хорошо знакомого микроба. Но все эти опыты проверяли лишь один маршрут движения информации между живыми молекулами: ДНК — РНК — Белок

Возможна ли обратная передача генетической информации хотя бы на первом стыке — от РНК к ДНК? Если ее нет, то таинство биоэволюции выглядит совсем непонятно на молекулярном уровне. Если она есть, то ее должен обеспечивать некий волшебный фермент. Через год этот фермент — ревертазу — обнаружил еще один вдохновенный американец, Говард Темин. Его открытие быстро превратило молекулярную биологию из науки, только объясняющей природные феномены, в науку, конструирующую новые организмы на основе их природных прототипов. Так ученые понемногу становились соавторами природной эволюции в земной биосфере — сперва в роли скромных подмастерьев. А что дальше? Это будет видно тем, кто сделает следующий шаг вдоль чудовищно длинной молекулы ДНК.

В отличие от везучих теоретиков, физики-экспериментаторы откровенно завидовали в 1967 году удачам своих коллег в молекулярной генетике. Ах, если бы физикам удалось прочитать состав протона или мезона столь же детально, как биологи читают состав маленьких отрезков нити ДНК! Увы, это принципиально невозможно. Подробное «чтение» внутренности протона требует создания там такой плотности энергии, которая совершенно изменит его структуру. В лучшем случае мы узнаем разнообразие всевозможных внутренних структур протона, то есть закономерности сложного и не видимого нам танца кварков и глюонов, которым Природа почему-то запретила вылетать из протона наружу.

А ведь это похоже на танец хромосом внутри клеточного ядра, нечаянно открытый Вальтером Флемингом еще сто лет назад! С той поры генетика колоссально шагнула вперед; вот бы и нам в физике повторить ее успех! Ну, поживем — увидим.

Сдвинемся еще на одно поколение вперед, к 300-летнему юбилею того дня, когда 60-летний патриарх Ньютон согласился стать президентом Королевского общества в Лондоне, а царь Петр основал российскую крепость в устье Невы. Год 2003 разительно отличается от 1967 или 1942 года. Прежде всего тем, что СССР распался, и США остались единственной сверхдержавой на Земле. В итоге темп гонки вооружений резко снизился; с ним вместе упали государственные расходы на научные исследования. Где теперь физикам до новых сверхмощных ускорителей для синтеза новых элементарных частиц! Особенно загадочных бозонов Хиггса, которые своим воздействием придают массу всем прочим частицам и разделяют их взаимодействия на 4 класса — электромагнитные и слабые, гравитационные и сильные. Где теперь искать новые площадки для ключевых физических экспериментов?

Кое-что можно разглядеть в космосе. Именно там 30 лет назад физики заметили «недостачу» солнечных нейтрино по сравнению со стандартной моделью Солнца как термоядерного реактора. Только что экспериментаторы подтвердили догадку теоретиков о причине этого чуда: природные нейтрино трех сортов могут переходить друг в друга так же, как это делают кварки при бета-распаде атомных ядер. В итоге сами нейтрино приобретают ненулевую массу — пусть очень малую, но она влияет на вековые движения космических объектов. Не нейтрино ли составляют большую часть «скрытой» массы галактик, на которую не хватает всей суммарной массы звезд?

Однако космические телескопы показали, что даже общей массы частиц не хватит для объяснения средней плотности материи во Вселенной! Три четверти этой плотности имеют непонятное происхождение — вроде того, как 99% массы протона не сводятся к массам трех кварков, скачущих внутри протона. Дело в том, что нутро протона заполнено не только «газом» из глюонов, связывающих кварки воедино. Часть этого «газа» сгустилась в «жидкость» — вроде соленой воды, где виртуальные глюоны играют роль молекул воды, а виртуальные кварки — роль молекул соли. Расчет общей массы этих соленых капель или тума

на — адская работа даже для матерых физиков, вооруженных мощными компьютерами...

Чего им более всего не хватает? И чего не хватало маститому патриарху Ньютону в 1703 году, когда он готовил новое издание «Математических принципов натурфилософии» и первое издание «Оптики»?

Теоретик и экспериментатор по разному отвечают на этот вопрос. Один говорит, что Ньютон не мог проверить главную гипотезу о природе света: состоит ли он из частиц или из волн? Другой заявляет, что Ньютону не хватало только крутильных весов. С ними он мог бы одинаково точно измерить в лаборатории гравитационное притяжение двух свинцовых шаров и электрическое отталкивание двух заряженных бумажек. А также силу притяжения друг к другу двух магнитов! Имея все эти данные, Ньютон смог бы ясно различить электромагнетизм и гравитацию, на сто лет раньше, чем физики научились их различать в эксперименте, и на полтораста лет раньше, чем Максвелл вывел уравнения электродинамики из экспериментов Фарадея...

Кстати: всю необходимую Максвеллу математику знал еще Эйлер и мог бы узнать даже Ньютон, если бы она ему понадобилась! Так чего же не хватает нам сейчас и что из необходимого лежит перед нами на поверхности, мы же не видим его или ленимся поднять?

Начнем с ансамбля кварко-глюонных конденсатов внутри протона, мезонов и других частиц. Очень хочется сравнить эти конденсаты с генами на нити ДНК — небольшими, но устойчивыми объединениями десятков или сотен соседних «букв» из алфавита АТГЦ, составляющих биологически осмысленные «фразы». И уж если мы используем этот термин, то почему бы нам ни заглянуть на кухню естественного человеческого языка, где определенные группы звуков вдруг обретают новый смысл?