Марк Боуэн - Телескоп во льдах. Как на Южном полюсе рождалась новая астрономия

Паули подозревал, что теория в этом направлении продвинулась недостаточно далеко и что «наблюдатель в физике наших дней все еще полностью отчужден» 83. Паули и Юнг верили, что мышление и материя представляют собой зеркальное отражение друг друга, «дополняющие друг друга аспекты одной и той же реальности… управляемые одними и теми же принципами» 84. Этими принципами были архетипы Юнга. Выше я уже упоминал о глубоком значении и красоте симметрии в законах физики. Паули был буквально одержим симметрией во всех ее видах, и в частности зеркальной симметрией.

В 1952 году Паули и Юнг стали соавторами книги «Интерпретация природы и психе» ( The Interpretation of Nature and Psyche ) 85, состоявшей из двух монографий. Юнг написал знаменитую (возможно, печально знаменитую) работу «Синхроничность: акаузальный связующий принцип», в которой описал механизм, лежащий в основе осмысленного совпадения и определенных паранормальных явлений типа телепатии. Разумеется, у Паули имелся свой личный интерес к акаузальным связям, отчасти связанный с эффектом, названным его именем. Паули подозревал, что этот эффект представляет собой «синхронистическое выражение глубокого конфликта между его рациональной и иррациональной» сторонами 86. Ему не составило особого труда убедить Юнга пуститься в исследование этой опасной реальности, и он сам внес большой вклад в работу последнего.

Собственная монография Паули под названием «Влияние архетипических представлений на формирование естественнонаучных теорий у Кеплера» 87была посвящена изучению роли бессознательного в процессе научного открытия. Конечно, нам стоит быть осторожными, когда мы пытаемся кратко изложить необычайно точный и строгий ход мысли Паули. Однако я думаю, что будет правильным дать следующее резюме: Паули верил в то, что новые открытия становятся возможны лишь тогда, когда коллективный разум общества уже способен представить их себе или воспринять их; движущей силой этого параллельного развития, идущего, как я уже говорил, скачкообразно, от теории к эксперименту, выступают именно архетипы.

Готовя свою концепцию к печати и обретая свою индивидуацию, Паули несколько отвлекся от дальнейшего развития идеи нейтрино. Однако его безумное дитя готовило Паули еще один большой удар.

Сольвеевская конференция 1933 года позволила обрести «полную ясность» и Энрико Ферми. Вернувшись в Рим, он погрузился в создание квантовой теории бета-распада и завершил работу над ней в декабре, менее чем через два месяца после конференции.

Ферми подвергал проверке всё новые и новые идеи. Так, он предположил, что электрон и нейтрино могут возникать одновременно, что протоны и нейтроны способны обмениваться своими идентичностями, а также согласился с Паули в том, что все известные нам законы сохранения энергии работают и в новых условиях. Воспользовавшись подсказкой Гейзенберга, который заявил в Брюсселе (ошибочно, как выяснилось позднее), что протон и нейтрон могут представлять собой различные состояния одной и той же фундаментальной частицы, Ферми предположил, что электрон и нейтрино тоже должны быть как-то с этим связаны, – и этот вывод скоро начал завоевывать все больше сторонников 88.

Хотя сам Ферми ничего не говорил на эту тему, но предложенная им модель бета-распада оказалась первой рудиментарной теорией слабого ядерного взаимодействия. Иными словами, можно считать, что он открыл третью фундаментальную силу природы после гравитации и электромагнетизма (в наши дни известны четыре такие силы – вскоре после описываемых событий было открыто сильное ядерное взаимодействие). Кое-кто считает модель Ферми первым примером современной теории поля 89, а Фрэнсис Халзен, вдохновитель IceCube , отмечает, что ее также можно считать стартовой точкой для стандартной модели физики элементарных частиц, которая была сформулирована лишь через 40–50 лет.

Теория с блеском выдержала самую главную проверку – тест на прогностическую ценность. Ферми использовал теорию, чтобы получить на основе базовых принципов кривую, которая терзала и теоретиков, и экспериментаторов на протяжении 20 с лишним лет, – форму спектра энергии электрона при бета-распаде. Хотя к тому моменту еще никому не удалось увидеть нейтрино, важная роль этой частицы в теории и ее соответствие данным последующих экспериментов сделали факт существования нейтрино почти неопровержимым – хотя многие физики все равно продолжали упорствовать. Когда Ферми представил свою теорию в журнал Nature – ведущее мировое научное издание, журнал отказал в публикации, поскольку статья «содержит слишком отвлеченные и нереалистичные рассуждения, которые вряд ли заинтересуют читателя» (пятью годами позже редакторы журнала признали, что это было, пожалуй, их самым серьезным профессиональным промахом за всю карьеру 90). Тогда Ферми опубликовал свою статью в трех более специализированных – и менее известных – физических журналах 91.

Использовав свою теорию для расчета массы нейтрино, Ферми продемонстрировал, что эта масса должна быть «либо равной нулю, либо слишком малой по сравнению с массой электрона» 92. Это предположение впоследствии также подтвердилось и, в типичной для этой странной частицы логике, сделало нейтрино еще более неуловимым.

Теория содержала в себе и несколько предположений о возможных методах выявления нейтрино – и тем самым она заложила основы нейтринной астрономии. Теория показала, что бета-распад может идти в обратном порядке: невидимое нейтрино, свободно перемещающееся сквозь пространство и время, может пройти достаточно близко к нейтрону или протону, чтобы вступить с ними во взаимодействие, изменить их сущность на обратную и в конце концов создать свободный электрон или позитрон, который затем можно будет выявить. Именно этот процесс стал теоретической основой работы телескопа IceCube .

К сожалению, всего через три месяца после публикации выводов Ферми Рудольф Пайерлс и другой выдающийся немецкий теоретик Ханс Бете продемонстрировали, что так называемый обратный бета-распад возникает крайне редко 93. На основе теории Ферми они продемонстрировали, что нейтрино как тип энергии, обычный для бета-распада, может пролететь в воде до тысячи световых лет – то есть в 63 миллиона раз больше расстояния от Земли до Солнца – без какого-либо взаимодействия с другими частицами. Исходя из этого, они пришли к выводу о «практической невозможности наблюдения» за частицей.

Это весьма осторожное замечание, сделанное двумя весьма умными людьми, может служить хорошим примером того, насколько это опасное дело – прогнозы. Бете и Пайерлс не могли и представить себе, что открытия в физике в течение следующих десяти лет значительно изменят сложившееся положение вещей – не говоря уже о нашем восприятии нашего места на планете в целом. Кроме того, вспоминал Пайерлс почти через 50 лет, они и рассчитывать не могли на «подобное мастерство экспериментаторов» 94.