Стивен Вайнберг - Всё ещё неизвестная Вселенная

Часто можно услышать, что пилотируемые космические полеты необходимы для науки, поскольку без них общество не поддержит ни одну космическую программу [10] Такое мнение было недавно высказано Джованни Биньями, главой научного комитета Европейского космического агентства в журнале Nature , номер от 16 июля 2009 г. , в том числе и автоматические миссии, вроде Hubble и WMAP, в рамках которых и делается настоящая наука. Я в этом сомневаюсь. Я считаю, что существует значительный интерес к астрономии в целом и к космологии в частности, который мало связан со зрелищным «спортом» пилотируемых космических полетов. В качестве иллюстрации приведу слова Клавдия Птолемея, которыми и завершу эту главу:

Философское общество Техаса было основано Сэмом Хьюстоном и его друзьями в первый год независимости Республики Техас. Первым президентом общества (1837–1859) стал Мирабо Бонапарт Ламар, позже сменивший Хьюстона на посту президента Техаса. Вскоре после создания Философское общество фактически прекратило свою деятельность, до возрождения в 1937 г. С тех пор количество членов общества непрерывно растет. Теперь в нем состоят академики, журналисты, политики, владельцы ранчо (скотопромышленники), писатели, артисты, бизнесмены и даже несколько философов. Ежегодно члены общества собираются в разных городах Техаса, чтобы послушать доклады на темы, выбранные действующим президентом, и встретиться со старыми друзьями. Будучи членами общества, мы с женой имели возможность посетить такие города Техаса, как Абилин, Корпус-Кристи, Форт-Уэрт, Кервилл и Ларедо, которые лежат за пределами наших обычных маршрутов, а также и более знакомые места вроде Далласа и Хьюстона. В 1994 г. я удостоился чести исполнять обязанности президента и провести в Остине встречу, посвященную вопросам космологии.

В 2009 г. члены Философского общества снова собрались в Остине. Темой встречи президент того года Майкл Джиллетт выбрал искусство в Техасе. Были проведены сессии по искусству обучения, искусству выражения и искусству искусств. Я выступил с лекцией, текст которой стал основой для этой главы, на сессии по искусству открытия. Философское общество публикует сборники докладов со своих встреч, но не слишком быстро; доклады со встречи 2009 г., среди которых было и мое выступление, в итоге были изданы в 2014 г.

Платон полагал, что главным способом познания мира является размышление о нем. В диалоге Платона «Законы» есть интересная дискуссия об астрономии. Платон признает, что, возможно, астрономам было бы полезно изредка поглядывать на небо, но только для того, чтобы сосредоточить свой разум, точно так же, как математикам полезно рисовать схемы при доказательстве геометрической теоремы, однако настоящая работа по совершению открытий в науке, как и в математике, должна быть исключительно мыслительной. Платон был не прав на этот счет, как и во многих других вопросах.

Диаметрально противоположной точки зрения придерживался Фрэнсис Бэкон, лорд-канцлер Англии при короле Якове I. Бэкон мог многое рассказать о науке, общественный интерес к которой тогда только начал проявляться. Он считал, что в науке работает исключительно эмпирический метод. Необходимо проводить эксперименты и непредвзято, без каких-либо предубеждений, изучать любые вопросы мироздания, доступные для анализа, и тогда истина постепенно проявится. Он тоже был не прав.

Истина, как мы выяснили по прошествии столетий, состоит в том, что научное открытие неизбежно требует взаимодействия теории и эксперимента (наблюдения). Теория нужна, чтобы направлять эксперимент к цели и интерпретировать полученные результаты. Эксперимент необходим не только для подтверждения или опровержения теории, но и для того, чтобы наполнять ее смыслом. Они идут вместе нераздельно.

В некоторых областях науки, особенно в сфере моих научных интересов – физике элементарных частиц, две роли ученых тем не менее заметно отличаются. Требования теоретического и экспериментального разделов физики стали настолько высокими и узкоспециальными, что со времен Энрико Ферми больше не было ни одного ученого, кто мог бы одинаково эффективно работать и как теоретик, и как экспериментатор. Я теоретик, поэтому я могу описать вам искусство научного открытия только с одной стороны.

Будучи теоретиками, мы воодушевляемся встающими перед нами загадками. Иногда эти загадки появляются в результате экспериментальных открытий. Вот вам классический пример. В конце XIX в. экспериментаторы искали способ измерить зависимость наблюдаемой скорости света от движения Земли. Земля движется вокруг Солнца со скоростью около 30 км/с; скорость света составляет примерно 300 000 км/с, поэтому было сделано предположение, что скорость света должна изменяться в пределах 0,01 % в зависимости от времени года, поскольку летом Земля движется в одном направлении, а зимой – в обратном. Считалось, что свет – это колебания среды, получившей название «эфир» и даже если Солнечная система движется сквозь эфир, Земля не может быть неподвижной относительно эфира и зимой и летом. Зависимость скорости света от движения Земли пытались обнаружить, но так и не нашли. Физики столкнулись с пугающей загадкой, которая (вместе с рядом других тайн) в итоге вдохновила Эйнштейна сформулировать новый взгляд на природу пространства и времени – теорию относительности.

Однако иногда сами физические теории ставят перед нами интригующие загадки. Например, в конце 1950-х гг. стало очевидно, что наша теория слабого ядерного взаимодействия прекрасно описывает все существующие экспериментальные данные, связанные с этой силой. (Силы слабого ядерного взаимодействия приводят к такому типу радиоактивного распада, при котором частица внутри ядра, скажем нейтрон или протон, превращается в другую частицу, протон или нейтрон, и излучает быстрый позитрон или электрон. Кроме того, именно эта сила запускает последовательность реакций, разогревающих Солнце.) Эксперименты, связанные со слабым ядерным взаимодействием, не содержали никаких загадок. Проблема возникла, когда эту теорию попытались применить к другим явлениям, которые не наблюдались в экспериментах. (Один из таких процессов, который мы, вероятно, никогда не сможем наблюдать, – столкновение между собой очень слабо взаимодействующих частиц, называемых нейтрино.) Когда теорию слабого взаимодействия применили для описания таких процессов, результат получился абсурдным; теория предсказывала бесконечные вероятности. Не слишком мудрый вывод о природе, на самом деле – просто бессмыслица. Очевидно, была нужна новая теория, такая, которая сохраняла бы достижения уже существующей, но при этом не давала бы абсурдных ответов на вполне разумные вопросы, даже если эти вопросы относятся к экспериментам, которые никогда не проводились и, вероятно, никогда не будут осуществлены. Я и другие физики-теоретики работали над этой проблемой в 1960-х гг., и в итоге мы нашли такую теорию. Оказалось, что новая теория не только описывает слабое ядерное взаимодействие, но является универсальной теорией, применимой и к более привычным силам, к электромагнетизму. Кроме того, новая теория предсказала существование нового типа слабого взаимодействия, который впоследствии был обнаружен в экспериментах с частицами высоких энергий. Но не эксперимент привел к созданию этой теории.