Терри Пратчетт - Наука плоского мира IV: Судный день

Несмотря на свои успехи, стандартная модель не в состоянии объяснить наличие массы у большинства частиц (масса здесь понимается в особом узкоспециальном смысле). Хиггс приобрел известность в 1960-х, когда некоторые из физиков поняли, что бозон, обладающий необычными свойствами, мог бы объяснить один из важных аспектов этой головоломки. Одним из них был Питер Хиггс, который рассчитал некоторые свойства этой гипотетической частицы и предсказал ее существование. Бозон Хиггса создает одноименное поле море бозонов Хиггса. Главное необычное свойства поля Хиггса заключается в том, что его сила отлична от нуля даже в пустом пространстве. Когда частица движется в таком всепроникающем поле, она вступает с ним во взаимодействие, результат которого можно интерпретировать как массу. В качестве аналогии можно привести ложку, которая движется сквозь патоку, хотя в таком случае масса неверно отождествляется с сопротивлением, и сам Хиггс критически отнесся к подобной интерпретации своей теории. Другая аналогия рассматривает Хиггс в качестве знаменитости, вокруг которой на вечеринке собираются поклонники.

Существование (или отсутствие) бозона Хиггса было главной, хотя и далеко не единственной причиной вложить миллиарды евро в строительство БАК. В июле 2012 года эти расходы должным образом окупились, когда две независимые группы экспериментаторов объявили об открытии ранее неизвестной частицы. Ей оказался бозон с массой около 126 ГэВ (миллиардов электронвольт это стандартная единица измерения, которая используется в физике элементарных частиц), причем результаты наблюдений соответствовали предположению Хиггса в том смысле, что значения параметров, поддающихся измерению, совпали с предсказанными.

Долгожданное открытие бозона Хиггса при условии, что оно не будет опровергнуто завершает стандартную модель. Оно стало возможным, благодаря большой физике, и отражает одно из важнейших достижений БАК. Тем не менее, на сегодняшний день его основная роль ограничивается теоретической физикой. Существование Хиггса не оказывает заметного влияния на другие области науки, которые действуют из предположения, что у частиц уже есть масса. Таким образом, можно возразить, что, потратив точно такую же сумму на менее зрелищные проекты, можно было бы почти наверняка получить результаты с большей практической ценностью. Однако природа Огромных Штук такова, что если деньги не тратятся на них, то более мелкие научные проекты тоже остаются ни с чем. Мелкие проекты, в отличие от больших, не способствуют столь эффективному карьерному росту в среде бюрократов и политиков.

Открытие бозона Хиггса иллюстрирует некоторые из основных вопросов научного мировоззрения и природы научных знаний. Реальным доказательством существования Хиггса служит крошечный всплеск на статистическом графике. Какой смысл стоит за нашей уверенностью в том, что этот всплеск действительно представляет собой новую частицу? Ответ требует крайне специализированных знаний. Непосредственное наблюдение бозона Хиггса невозможно, так как он спонтанно и очень быстро распадается на целый рой других частиц. Столкнувшись с третьими, они создают грандиозную неразбериху. Чтобы выделить из нее характерные признаки бозона Хиггса, требуются хитроумные математические выкладки и очень быстрые компьютеры. Чтобы исключить случайные совпадения, нужно зафиксировать большое количество подобных событий. Так как они происходят довольно редко, этот эксперимент требует многократного повторения, а его результаты тщательно продуманного статистического анализа. И только после того, как шансы случайного всплеска упадут ниже одной миллионной, физики смогут позволить себе выразить уверенность в существовании Хиггса.

Мы говорили о единственном бозоне Хиггса, но есть и альтернативные теории с несколькими хиггсоподобными частицами то есть восемнадцатью фундаментальными частицами. Или девятнадцатью, или двадцатью. Но теперь мы, по крайней мере, знаем о об одной из этих частиц, в то время как раньше само их существование находилось под вопросом.

Понимание этих проблем требует значительного опыта в эзотерических областях теоретической физики и математики. Сложности возникают даже при попытке разобраться в упомянутом аспекте «массы» и понять, к каким частицам его можно применить. Для успешного выполнения эксперимента нужны не только глубокие познания в экспериментальной физике, но и целый ряд инженерных навыков. Даже само слово «частица» несет узкоспециализированное значение, которое совсем не похоже на простой и понятный образ крошечного шарикоподшипника. Каким же образом ученые могут претендовать на «знание» устройства Вселенной в таком мелком масштабе, что ни один человек не способен наблюдать ее непосредственно? Совсем другое дело посмотреть в телескоп и, подобно Галилею, увидеть, как вокруг Юпитера вращаются четыре более мелких небесных тела; или заглянуть в микроскоп и узнать, что живые существа состоят из крошечных клеток, как это сделал Роберт Гук. Факты, говорящие в пользу Хиггса, как и многих фундаментальных аспектов науки, не лежат на поверхности.

Для того, чтобы разобраться в этих вопросах, мы рассмотрим основную сущность научного знания на примере более привычных явлений, чем Хиггс. Затем мы обозначим основную тему этой книги, выделив два принципиально разных подхода к пониманию мира.

Часто науку воспринимают как некое скопление «фактов», высказывающих однозначные утверждения об окружающем мире. Земля вращается вокруг Солнца. Призма расщепляет свет на составляющие цвета. Если что-то квакает и ходит по-утиному, значит, это утка. Стоит только заучить факты, освоить научный жаргон (в данном случае орбита, спектр, Anatidae [8] Утиные прим. пер. ), расставить «галочки» и вы уже разбираетесь в науке. Этой точки зрения нередко придерживаются чиновники правительственных ведомств, занимающихся вопросами образования, поскольку «галочки» поддаются счету (Corvus monedula [9] Галки прим. пер. нет, это зачеркните).

Удивительно, что, в первую очередь, с этим не согласны сами ученые. Они знают, что наука устроена совершенно иначе. Незыблемость фактов это миф. А любое научное утверждение носит временный характер. Политики это ненавидят. Как вообще можно доверять ученым? Стоит появиться новому факту, и они меняют свое мнение.

Конечно, некоторые области науки меньше других подвержены влиянию времени. Ни один ученый не станет рассчитывать на то, что общепринятое описание формы Земли в одночасье превратится из шара в диск. Тем не менее, они уже видели, как плоская Земля уступила место сфере, сфера превратилась в сфероид, сплющенный у полюсов, а идеальный сфероид стал бугристым. В недавнем пресс-релизе было сказано, что Земля по форме напоминает картошку, покрытую бугорками [10] При условии, что все неровности увеличены в 7000 раз. http://www.newscientist.com/article/dn20335-earth-is-shaped-like-a-lumpy-potato.htm . С другой стороны, никто не удивится, если новые измерения покажут, что семнадцатую сферическую гармонику Земли одну из составляющих ее математического описания нужно увеличить на два процента. Многие изменения в науке происходит медленно и постепенно, не оказывая влияния на общую картину.