Лоуренс Краусс - Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

Отношения между теоретическим озарением и экспериментальным открытием – один из интереснейших аспектов развития науки. В основе своей физика, как любая естественная наука, представляет собой эмпирическую дисциплину. Но бывают моменты, когда всё меняют короткие вспышки теоретических озарений. Безусловно, хорошим примером может служить проникновение Эйнштейна в природу пространства и времени в первые два десятилетия XX века. Другой пример – замечательный теоретический прогресс, связанный с разработкой квантовой механики Шрёдингером, Гейзенбергом, Паули, Дираком и другими в 1920-е гг.

Менее известен период с 1954 г. по 1974 г., который, хотя и не был настолько революционным, по прошествии некоторого времени будет рассматриваться как одна из наиболее плодотворных и продуктивных эпох в физике XX века. Эти два десятилетия перевели нас, не без сумятицы, от хаоса к порядку, от замешательства к уверенности, от уродства к красоте. Это была бешеная гонка с несколькими, казалось бы, беспричинными блужданиями по окольным путям, – но наберитесь терпения! Если путь покажется вам слегка неудобным, вспомните, что я говорил во «Введении» о науке и комфорте. Только поставив себя на место тех, кто участвовал в этом квесте, чье разочарование вылилось со временем в озарения, только проникнувшись образом их мыслей, можно по-настоящему оценить значение этих озарений.

Этот бурный период следовал за временем, когда экспериментальные сенсации порождали только всеобщее замешательство и делали природу «всё страньше и страньше», как мог бы сказать Льюис Кэрролл. Открытие позитрона и вскоре после него нейтрона были только началом. Распад нейтрона, ядерные реакции, мюоны, пионы и целая куча последовавших за ними других новых элементарных частиц создавали впечатление, что фундаментальная физика – это нечто безнадежно сложное. Простая картина Вселенной, в которой одни только электромагнетизм и гравитация управляют взаимодействиями вещества, состоящего из протонов и электронов, отправилась на свалку истории. Некоторые физики того времени, подобно некоторым политикам сегодняшнего дня, жаждали простоты старых добрых дней, которая зачастую существовала лишь в их воображении.

Под впечатлением этой новообнаруженной сложности к 1960-м гг. некоторые физики решили, что в природе нет вообще ничего фундаментального. В своем воображении они создали сюрреалистичную картину, в которой все элементарные частицы состоят из всех остальных элементарных частиц, а представление о фундаментальных взаимодействиях всего лишь иллюзия.

Тем не менее где-то в глубине зрели теоретические идеи, которым суждено было отдернуть завесу невежества и путаницы, открыв взгляду базовую структуру природы, столь же замечательную, сколь и странно простую, в которой свет вновь играет ключевую роль.

Началось все с двух теоретических достижений: одного глубокого, но не замеченного, а другого – относительно прямолинейного, но блестящего и немедленно получившего известность. Примечательно, что в обе эти работы был вовлечен один и тот же человек.

Ян Чжэньнин родился в 1922 г. в семье математика. Образование он получил в Китае, причем в 1938 г., спасаясь от японского нашествия, был вынужден перебраться из Пекина в Куньмин. Четыре года спустя он окончил курс Национального юго-западного объединенного университета и остался в нем еще на два года. Тогда же он встретился с другим студентом, Ли Цундао, тоже вынужденно перебравшимся в Куньмин. Имея лишь смутное представление о Соединенных Штатах, оба они тем не менее в 1946 г. получили стипендии, учрежденные американским правительством на деньги Китая; эти деньги должны были дать талантливым китайским студентам возможность учиться в Америке. Ян уже имел диплом магистра, а потому пользовался большей свободой и мог выбирать, где защищать степень доктора философии; вместе с Ферми он перебрался из Колумбийского университета в Чикагский и приобрел американскую транскрипцию фамилии – Янг [11] Китайцы различают два варианта конечного звука [н] и передают их латиницей различным образом, через n и ng. Традиционная транслитерация китайских фамилий Yan и Yang – Янь и Ян соответственно, однако если воспринимать носителя фамилии Yang как американца, то уже по правилам английской транслитерации ее следует передавать как Янг. Аналогичные проблемы неизбежно возникают и при передаче имен других американских авторов китайского происхождения, и эту разницу приходится аккуратно оговаривать. – Прим. ред. . У Ли особого выбора не было, поскольку степени магистра он не имел, но единственным университетом в США, где он мог готовить диссертацию сразу на докторскую степень, тоже оказался Чикагский университет. Янг готовил диссертацию под руководством Эдварда Теллера и уже через год после выпуска работал непосредственно с Ферми в качестве помощника, а Ли готовил диссертацию под руководством Ферми.

В 1940-е гг. Чикагский университет был одним из ведущих центров теоретической и экспериментальной физики США, и его выпускники получали бесценный опыт общения с замечательными учеными – это были не только Ферми и Теллер, но и другие ученые, включая блестящего, но при этом очень скромного астрофизика Субраманьяна Чандрасекара. В девятнадцать лет Чандра, как часто называли его коллеги, доказал, что звезды с массой, более чем в 1,4 раза превышающей массу Солнца, в конце цикла ядерного горения должны катастрофически схлопываться либо через процесс, известный сегодня как взрыв сверхновой, либо непосредственно в то, что мы сегодня называем черной дырой. Хотя в то время теория молодого астрофизика была встречена насмешками, пятьдесят три года спустя он получил за нее Нобелевскую премию.

Чандра был не только блестящим ученым, но и, подобно Ферми, прирожденным педагогом. Занимаясь исследованиями в Йеркской обсерватории (штат Висконсин), он не ленился каждую неделю проезжать сто миль туда и обратно, чтобы вести занятия у двух студентов, записавшихся на его семинары, – Ли и Янга. В конечном итоге все члены группы, включая и профессора, стали нобелевскими лауреатами (вероятно, это уникальный случай в истории науки).

В 1949 г. Янг перебрался в престижный Институт перспективных исследований в Принстоне, где продолжал плодотворно сотрудничать с Ли по разнообразным темам. В 1952 г. Янг получил в этом институте пожизненную должность, тогда как Ли в 1953 г. перебрался в расположенный неподалеку, в Нью-Йорке, Колумбийский университет, где и работал до выхода в отставку.