13,7?

В наше время культурный человек, претендующий на знакомство с наукой, должен знать число 13,7. Иначе сайт Общественного радио США, посвященный науке и культуре, не сделал бы это число своим названием: (русская десятичная запятая переводится английской точкой).

Впервые увидев это название, хочется проверить, действительно ли научно-культурные люди сразу поймут, что это — возраст Вселенной, выраженный в миллиардах лет. Проверить это в наше время легче всего, прогуглив «13.7». И получив почти четыре миллиона подтверждений плюс сотню тысяч уточнений:

«13.7 billion years» результатов примерно 3 920 000

«13.72 billion years» результатов примерно 113 000

Легко представить себе фаната науки, который, видя уточнение даты важнейшего события в истории Вселенной, ожидает, что вскоре наука выяснит эту дату вплоть до дня, чтобы затем отмечать день рождения Вселенной (только бы не 29 февраля). Долю таких фанатов среди просто научно-культурных людей оценим, разделив одно число результатов на другое. Получим, что доля эта — примерно один из тридцати человек, точнее, согласно моему калькулятору, один из 34,69026548672566.

Если читатель, не проверяя, заподозрит неладное в этой сверхточной оценке, значит, у него с научной культурой все в порядке. Действительно, из чисел, округленных до процента, не получишь результат с большей точностью. А если калькулятор получил, то лишь потому, что не умел проводить приближенные вычисления, фактически предполагая, что числа в него закладывают абсолютно точные.

Тот калькулятор, который впервые получил число 13,7, тоже не знал всех предпосылок своих арифметических действий. Предпосылки эти описаны в научных статьях и книгах. Их авторы, как обычно в науке, различаются во мнениях о точности исходных измерений — своих и чужих — и о роли других, более хитрых, предпосылок, но, уверен, сходятся в том, что уточнение величины «13,7» для науки не имеет особого значения. Знания о Вселенной, добытые с помощью космических и земных приборов, вовсе не сводятся к одному числу. Если какая-то предпосылка изменится и вместо 13,7 появится, скажем, 17,3, наука это легко переживет. Вот если появится величина, существенно меньшая, чем 13,7, — скажем, 7,13, то возникнет проблема. Дело в том, что известны звездные скопления, возраст которых больше 11 миллиардов лет.

Все это объясняется на сайте Космического агентства США (NASA), спутники которого собрали основные наблюдательные данные о Вселенной. Там же сказано, что нынешняя точность определения числа 13,7 составляет от 1 до 2 %, в зависимости от предпосылок. Отсюда следует, что говорить о величине 13,72, то есть о точности 0,1 %, и не научно, и не культурно.

А вот обсудить смысл понятия «возраст Вселенной» стоит. Определяют эту величину примерно так, как криминалист определяет, откуда стрелял пистолет, изучая отверстие в стене и пулю. Зная марку пистолета и, стало быть, начальную скорость пули, он рассчитает ее траекторию. Криминалисту гораздо труднее, если пистолет — уникальный, ручной работы, или если пуля вообще вылетела не из пистолета, а была, скажем, последней ступенью маленькой ракеты.

Аналогично астрофизик, измерив нынешнюю скорость расширения Вселенной, то есть скорость разлета галактик, пытается выяснить, когда расширение началось — когда произошел «выстрел», названный Большим взрывом. Роль пистолета выполняет уравнение гравитации Эйнштейна, которое описывает разлет галактик, если известны все формы вещества и энергии, заполняющие пространство. На сегодняшний день астрофизики имеют представление о веществе, составляющем, как считается, лишь около 5 % всей начинки Вселенной. Остальные 95 %, так называемые «темная материя» и «темная энергия», — дело темное. Сама же теория гравитации Эйнштейна, хорошо проверенная в масштабах Солнечной системы, предполагается применимой и в масштабах, в миллиарды раз больших.

Уже отсюда ясно, что за числом 13,7 кроются многие предпосылки. В одних астрофизики уверены на 99 %, в других меньше, о третьих спорят на конференциях. Так почему же число 13,7 (с точностью до процента!) вошло в сознание научно-культурной публики? Это случилось не так давно.

Оценки «возраста Вселенной» утряслись к ныне принятой величине еще в 1960-е годы, однако в публичную культуру научное число 13,7 вошло много позже благодаря С. Хокингу, автору самых популярных в истории физики книг, в одной из которых читаем:

При наблюдаемом количестве вещества во Вселенной решения уравнения Эйнштейна имеют одно очень важное общее свойство: некогда в прошлом (около 13,7 миллиарда лет назад) расстояние между соседними галактиками должно было равняться нулю. Другими словами, вся Вселенная была сжата в одну точку нулевого размера, в сферу нулевого радиуса. В тот момент плотность Вселенной и кривизна пространства-времени были бесконечны. Этот момент мы называем Большим взрывом.

Величина 13,7 здесь выглядит вполне научно-культурно, но ее объяснение, как сказал бы Ландау, — «обман трудящихся». Во-первых, «точка нулевого размера» — понятие чисто математическое, а не физическое. А во-вторых, и в самых главных, вместо исчезающе малой точки следовало бы поставить огромный вопросительный знак. Дело в том, что теория гравитации Эйнштейна, как обнаружил он сам еще в 1916 году, нуждается в квантовой доработке. Поэтому для физика и «решение уравнения Эйнштейна» осмысленно лишь тогда, когда имеет смысл само уравнение.

Квантовые границы нынешней теории гравитации и «обессмысливают» слова Хокинга о начальной точке. Уходя во все более давнее прошлое Вселенной, ее плотность, прежде чем стать формально бесконечной, приблизится к пограничной величине

Ρ cGh = c5 /G2 h ≈ 1094 г/см3.

Дальше необходима теория квантовой гравитации, или cGh ‑ теория. В физике пока нет понятий, с помощью которых можно говорить о явлениях за этой границей. И значит, слова о «Вселенной, сжатой в точку нулевого размера», и о моменте времени этого нулевого события — слова пустые. Речь должна идти не о точке, а о вопросительном знаке, поставленном в 1936 году Матвеем Бронштейном, который предсказал необходимость «отказа от обычных представлений о пространстве и времени и замены их какими-то гораздо более глубокими и лишенными наглядности понятиями». Если за cGh - границей не работает понятие времени, то нет и смысла говорить о моментах времени «за-граничного».

На языке нынешней физики можно говорить о моменте, когда излучение в расширяющейся и остывающей Вселенной расцепилось с веществом и стало реликтовым. Можно говорить о более раннем времени, когда еще сцепленное с веществом излучение остыло настолько, что средней энергии фотона уже не хватало на образование пары барион-антибарион, то есть о моменте, когда закончилось накопление барионной асимметрии. Можно говорить о времени, прошедшем с тех пор до наших дней, близком к 13,7 миллиардам лет. Однако в физике нет пока слов, чтобы описать самый первый момент в истории Вселенной — ее «рождение». Поэтому начало отсчета времени — там, где «до н. э.» становится «н. э.», — можно связать с любым событием, кроме «рождения Вселенной», о котором науке ничего не известно.

Говорить же о «рождении Вселенной» на языке научно-популярном лучше всего, объясняя смысл самого выражения. Тогда не случился бы казус популярно-музыкальный и поучительный для научно-культурной публики. Несколько лет назад юная британская певица спела такую песенку:

Некий научный слушатель обиделся на непочтительную замену точного числа 13,7 на сомнительную догадку — 12 и выразил свою обиду в газете «Гардиан». В защиту песни высказались несколько читателей, в том числе и продвинутые в науке. Никто, правда, не сказал о проблеме cGh - края Вселенной, но и так свобода лирического слова победила.

Будь я читателем «Гардиан», я бы поддержал британскую певицу яблоком, помня его заслуги перед британской физикой. И сделал бы это примерно так.

Уподобим Вселенную яблоку в июле, когда оно еще растет в размерах. Предыдущие месяцы жизни яблока уподобим миллиардам лет жизни Вселенной, а на поверхности яблока разместим аналог земной цивилизации, соответственно уменьшенной. За века яблочной научной эры — занявшие пять — десять земных секунд — яблоко изменится так же мало, как и наша Вселенная за время от Архимеда до Хокинга. Но все же изменится, хоть тамошним ученым заметить это будет непросто. Сперва тамошний Гаусс решит проверить Евклидову геометрию, измерив углы в реальном треугольнике на поверхности яблока. И с удивлением обнаружит, что, если измерять с высокой точностью, то сумма углов окажется больше 180°! Из такого рода измерений яблочные ученые сделают вывод, что их Вселенная — поверхность яблока — не плоская, а подобна сфере, и вычислят ее радиус. Спустя некоторое время, увеличив точность измерений, физики обнаружат, что радиус этот увеличивается со временем. Теоретики установят закон расширения их Яблочной вселенной, а продолжая этот закон в прошлое, тамошний Хокинг заявит, что когда-то — пару земных месяцев назад — вся Яблочная вселенная была сжата в одну точку нулевого размера, в сферу нулевого радиуса.

Сумеют ли тамошние физики догадаться, что яблоко начинается не с нулевой точки, а с цветка, внешне совершенно не похожего на яблоко? Для этого им понадобятся гораздо более глубокие понятия, чем обычные поверхностные представления… о яблоке.

В нашей земной цивилизации подобную догадку высказал три четверти века назад Матвей Бронштейн. Но до сих пор физики не придумали, как описать «цветок» квантовой гравитации в физике рождения Вселенной.

 

«…Квантовая гравитация физически бессмысленна»?

В 2004 году в издательствах Кембриджского и Оксфордского университетов вышли две солидные монографии с одинаковым лаконичным названием «Quantum Gravity». Монографию обычно пишут, чтобы подытожить исследования, изложенные в многочисленных статьях. В данном случае статей было так много, а проблема столь открыта, что монографии нарисовали весьма разные картины прошлого, настоящего и будущего. В частности, авторы по-разному восприняли главный вывод Бронштейна: один его попросту не заметил или не понял, а другой сочувственно процитировал, но не объяснил суть доводов о cGh -неизмеримости.

В том же, 2004 году нерожденная теория квантовой гравитации пережила также покушение на убийство. Совершил его знаменитый физик-теоретик Фримен Дайсон, предположив, что этот проклятый вопрос современной физики обречен на безответность, потому что «квантовая гравитация физически бессмысленна» и, значит, многолетние поиски следует прекратить, за отсутствием предмета поисков. Свое мнение обосновал он так:

Любая теория квантовой гравитации предполагает частицу «гравитон» — квант гравитации, точно так же как фотон — квант света. Наличие фотонов легко обнаружить, как показал Эйнштейн, по электронам, выбитым с поверхности металла под действием света. Но гравитационное взаимодействие неимоверно слабее электромагнитного, и, чтобы обнаружить гравитон по электрону, выбитому с поверхности металла под действием гравитационных волн, пришлось бы ждать дольше, чем позволяет возраст Вселенной. Но, если отдельные гравитоны невозможно наблюдать в эксперименте, значит, они не имеют никакой физической реальности. Можно считать их несуществующими, подобно эфиру девятнадцатого века. И тогда гравитационное поле, описываемое теорией Эйнштейна, — это чисто классическое поле безо всякого квантового поведения.

В девятнадцатом веке физики верили, что все объекты погружены в эфир, и мучились над вопросом, каким законам подчиняется эта универсальная, но неуловимая среда, в одних отношениях похожая на твердое тело, в других — на сверхразреженный газ. Мучения прекратил Эйнштейн, объяснив неуловимость эфира тем, что ловить попросту нечего и что без эфира можно прекрасно обойтись. Дайсон предложил последовать примеру Эйнштейна и отменить квантовую гравитацию. Есть, однако, важное отличие.

Неуловимый эфир можно назвать пережитком древнегреческой мифологии, в которой этим словом называли верхний — чистый и прозрачный — слой неба на вершине горы Олимп, где обитали греческие боги. Греческие философы разглядели идеально прозрачный эфир в устройстве надлунного мира, а две тысячи лет спустя физики этим словом назвали универсальную среду, в которой распространяется свет и другие электромагнитные взаимодействия.

Гравитон же — это, скорее, «недожиток». И причину неуловимости гравитона может понять даже школьник, который в «выбивании электронов с поверхности металла под действием света» узнает фотоэффект, давно вошедший в обыденную жизнь. Каждый пассажир метро, входя через турникет, прерывает фотоэффект на секунду-другую. Потому легко поверить, что обнаружить фотон — секундное дело. Легко также подсчитать, во сколько раз гравитационные силы слабее электрических, если вспомнить школьные законы Кулона и всемирного тяготения: F= e2/r2 и F= GmM/r2, и взять из школьного учебника величины заряда и масс электрона и протона. В итоге окажется, что электрическая сила больше гравитационной примерно в 1040 раз. Так что, если обнаружить фотон — секундное дело, то для обнаружения гравитона надо время масштаба 1040 секунд, или 1033 лет, по сравнению с чем даже возраст Вселенной (~ 1010 лет) — ничтожная величина.

Это и имел в виду Дайсон, прекрасно понимая, на что поднимает руку. Свое мнение он высказал в рецензии на популярную книгу о теории струн и элегантной Вселенной. За последние десятилетия изданы сотни книг о квантовой гравитации, опубликованы многие тысячи статей тысяч авторов. Не слишком ли много для теории, которой нет? Так, похоже, думает Дайсон. Он издалека следит за странными струнными идеями молодых коллег и кажется им старым чудаком, отставшим от скорого поезда прогресса. Ему самому когда-то подобными чудаками казались Эйнштейн и Дирак.

Однако физик Дайсон поставил ясный вопрос, зажав гравитон между фотоном и эфиром. А о фотоне он знает больше других, как один из создателей квантовой электродинамики, которой подчиняется каждый фотон. Поскольку никто из физиков не ответил на его критический довод, предложу свой историко-научный взгляд.

В конце 1940-х годов, когда Дайсон пришел в науку, уже давней историей были жаркие споры вокруг «релятивистской теории квант», от которой ожидали революционную перестройку масштаба теории относительности и квантовой механики. Те споры завершились признанием возможности частичного успеха — в квантовой электродинамике. Успех пришел пятнадцать лет спустя, когда, при участии Дайсона, была построена эта на сегодняшний день самая точная из физических теорий. Поэтому и его критический взгляд на квантовую гравитацию, в свете наилучшей теории… света, заслуживает внимания.

Ответить на его критику помогает работа Бронштейна, первым осознавшего глубину проблемы. Естественной кажется аналогия между фотоном и гравитоном, и слова эти рифмуются, и закон Кулона похож на закон всемирного тяготения, однако квантовая электродинамика принципиально отличается от квантовой гравитации. Отличие это подрывает понятие «гравитон» как самостоятельное и равноправное с понятием «фотон». Коренится отличие в опытном факте, открытом Галилеем и ставшем первым фундаментальным законом современной науки, а три века спустя — основой теории гравитации. Речь идет о законе свободного падения, о равенстве инертной и гравитационной масс и о принципе эквивалентности.

Фотон, или «частица света», вполне определенным образом соответствует электромагнитной волне, которая точно следует из уравнений электродинамики. А гравитационная волна — лишь приближенное следствие уравнений гравитации. Поэтому гравитон — не столь же органическая часть еще не созданной теории квантовой гравитации, как фотон — часть квантовой электродинамики. Не всякая волна связана с каким-то квантом: волна на поверхностности моря не связана с «квантом волнения», который можно было бы назвать частицей «поверхон».

Главное, Дайсон не объяснил, что делать с двумя принципиальными физическими явлениями — с началом космологического расширения и с завершением коллапса звезды. Какой теории, если не квантовой гравитации, эти явления можно поручить? Необходимость такой теории наступает за cGh ‑рубежом, как впервые обнаружил Бронштейн, хоть масштаб cGh -границ, очень далекий от возможностей нынешних экспериментов, действительно ставит проблему.

Поэтому есть за что поблагодарить Дайсона. Его отважное сомнение подчеркивает исключительность проблемы квантовой гравитации в истории физики и нынешнее ее кризисное положение.

Теоретик же, который, не отвлекаясь на кризисы, готовит очередной текст для публикации, напоминает ученого соседа, к которому пришел за советом сосед неученый. У неученого дохнут куры, и он просит ученую рекомендацию. И получает: сыпать куриный корм в нарисованный на полу зеленый квадрат. Куры, увы, продолжают дохнуть. Тогда ученый предлагает красный круг. И так далее, пока все куры не передохли. «Как жаль! — восклицает ученый сосед. — У меня еще столько вариантов!»

Куры в данном случае — это эйнштейновское «внешнее оправдание», которого в квантовой гравитации катастрофически не хватает. Неужели — впервые в истории физики — к успеху приведет путь «чисто внутреннего совершенства»?

 

Кризис фундаментальной физики?

История помогает видеть нынешние проблемы науки лишь в том случае, если суть науки не изменилась. Эйнштейн признал в Галилее коллегу, потому что узнал в его физике свою науку. А как насчет нынешней фундаментальной физики? Ситуацию здесь называют кризисом, имея в виду разные проявления, но витает и общий вопрос: заканчивается ли четырехвековая история современной физики, и если да, что идет на смену?

«Да», сказали физики-теоретики Гарвардского университета, добавив к названию своего семинара эпитет «постсовременный». Постсовременные теоретики отменили ключевую роль эксперимента, полагая, что истинный вариант теории докажет свою достоверность собственным внутренним совершенством, которое и гарантирует охват реальности. Ищут этот вариант, перебирая разные математические возможности, и чем больше переборщиков, тем больше, стало быть, шансов на успех?

Издано уже более четырехсот книг, где обсуждается квантовая гравитация. Около двухсот содержат в названии слова «квантовая гравитация». Соответственно, статей на эту тему — многие тысячи. И все это без результатов, экспериментально подтвержденных или опровергнутых. В несоответствии усилий и результатов проявляется кризис нынешней фундаментальной физики.

Красноречивые теоретики нередко говорят, что из возможных направлений поиска наиболее перспективным они считают такое-то. Историк науки при этом вспоминает ситуацию до 1905 года, когда рассматривали разные теории эфира, кроме той, в которой само понятие эфира сдавалось в архив. Аналогично до 1915 года наиболее перспективным направлением в гравитации большинство теоретиков, за исключением одного, считали вовсе не эйнштейновское. И вообще, до сих пор в фундаментальной физике правым оказывалось меньшинство, обычно один человек. А правоту определяли опыты.

История фундаментальной физики развивалась весьма неравномерно. Ньютоновский этап длился около двух веков, максвелловский — три десятилетия, а первая треть двадцатого века вместила в себя перемены, сопоставимые по масштабу лишь с началом современной физики: кванты, относительность и много чего еще. При этом число фундаментальных физиков измерялось десятками. Результаты последних десятилетий совершенно несопоставимы с тем временем, а теоретиков, занятых фундаментальной физикой, сейчас в сотни раз больше.

Если причина столь понизившейся эффективности — только неравномерность истории, то об этом историки узнают в свое время. Если же это — следствие кризиса науки, то в чем могут быть его причины?

Начнем с самой простой причины — с денег, тем более что ее недавно подчеркнул американский теоретик, нобелевский лауреат С. Вайнберг в статье «Кризис Большой науки». Он обвинил Конгресс США в отказе финансировать большие — дорогие — экспериментальные установки, начиная с гигантского ускорителя элементарных частиц «Суперколлайдера» в 1992 году. Затем закрыли несколько проектов космических телескопов. Речь идет о приборах для фундаментальной физики стоимостью в миллиарды долларов. Вайнберг упрекает членов Конгресса в том, что те заботятся лишь об интересах своих избирателей и не понимают важность открытия фундаментальных законов природы. В целом знаменитый теоретик смотрит в будущее с пессимизмом.

Историк же науки, рассматривая и сравнивая разные времена и страны, может прийти к почти противоположному выводу о сути кризиса.

Физики, разумеется, живут и работают в мире экономических проблем и политических решений. Отказ Конгресса США в 1992 году дать миллиарды на субъядерную суперфизику надо сопоставить с событиями в Советском Союзе, который прекратил свое существование в конце 1991 года, и с постоянным сокращением расходов США на оборону, начиная с 1987 года (и вплоть до теракта Аль-Каиды в Нью-Йорке в 2001-м). Напомню, что именно в конце 1986-го, освободив академика Сахарова из ссылки, советский лидер М. Горбачев доказал лидерам Запада серьезность советской «перестройки».

Во время «холодной войны» для политиков обеих сторон субъядерная физика была прежде всего наукой супероружия. Исчезновение потенциального противника вело к пересмотру этого статуса и — соответственно — финансирования. Конечно, всегда есть проблема распределения средств между разными областями науки и социальной жизни, но в этом главная забота членов парламента. Если же они исходят из интересов своих избирателей, надо ли их за это упрекать?

История советской физики помогает увидеть ситуацию с особой ясностью, поскольку в Советском государстве основные решения принимались без таких сложностей, как участие избирателей и их депутатов. В довоенное время в СССР социальный статус и заработок физика были заметно ниже, чем у инженера, поэтому в науку шли в основном по призванию. Государственная пропаганда внедряла в умы «научный социализм», но заодно «технику и науку». Именно в таком порядке эти два слова шли тогда в газетном языке, но после войны порядок изменился на привычный ныне — «наука и техника». Изменился взгляд «корифея всех наук», коим Сталина провозгласили к его 60-летию накануне войны. Появление ядерного оружия побудило его многократно увеличить финансирование физико-технических наук и троекратно увеличить зарплаты ученым.

Для получения конкретного научного «продукта» — ядерного оружия — объем расходов был, конечно, важен. Но если говорить о чистой науке, то довоенные физики были в среднем эффективнее послевоенных, которые шли в науку уже не только в силу призвания, а еще и учитывая высокий социальный статус профессии. Достаточно сравнить нобелевский потенциал советских физиков разных поколений. Не в деньгах счастье человека науки.

Большой талант в науке — такая же редкость, как и в других областях. В науке хватает работы для людей разных способностей, но в фундаментальной физике, как показывает история, срабатывают лишь штучные идеи, а не правдоподобные в глазах большинства.

Автор штучной идеи тоже нуждается в критических обсуждениях, но их плодотворность зависит не от количества участников, а от их качества. Когда же количество превышает некий уровень, возникает угнетающий коллективный эффект. Члены коллектива должны подтверждать участие в науке своими публикациями. Увеличение числа потенциальных авторов способствует ослаблению критериев того, что годится для публикации. В фундаментальной физике самый легкий путь — ослабить или вовсе не требовать от текста связи с экспериментом. Подобное «перепроизводство» текстов и происходит в области квантовой гравитации.

Перепроизводство не только топит возможный полезный сигнал в шуме множества публикаций. Как известно, нельзя родить ребенка за месяц, собрав девять женщин в одном коллективе. Если же в коллективе толкаются локтями, уменьшается и шанс родить здорового ребенка в срок. Да и зачатию новой идеи (от Святого духа научного прогресса) большой коллектив не помогает.

Эти общие соображения подкрепляют наблюдения, собранные в книге «Неприятности с физикой: взлет теории струн, падение науки и что будет дальше» видного американского теоретика Ли Смолина, вполне успешного — по внешним признакам — в сообществе «постсовременных» физиков на протяжении четверти века, пока бесплодность их стараний не побудила его отвергнуть новый способ поиска истины. Он выразительно обрисовал социальную психологию самоподдержки в этом сообществе, которое, неудивительно, встретило эту книгу безо всякого восторга и, в силу той же психологии, сразу нашло эгоистические мотивы «предателя». При этом в доверительных беседах члены сообщества признают, что, «в сущности, играют в игры», надеясь на нечаянное попадание в цель.

Добавлю еще свидетельство, не столь весомое, но зато абсолютно достоверное, поскольку оно мое собственное. Заканчивая кафедру теоретической физики в начале 1970-х годов, я писал дипломную работу по так называемой скалярно-тензорной теории гравитации. Тогда она считалась обобщением и конкурентом теории гравитации Эйнштейна, а экспериментально проверялись обе теории. Истоком скалярно-тензорной теории была гипотеза великого Дирака, к ней добавились и другие доводы, на мой тогдашний взгляд, совершенно неубедительные, что омрачало размышления и выкладки. Мало утешала и мысль о том, что дипломная работа лишь показывает владение методами науки. Удивляло то, что некоторые вполне взрослые теоретики с серьезным видом публиковали исследования в той же области как-бы-физики. Диплом с отличием не увеличил уважения к этой как-бы-теории, и до сих пор помню привкус имитационной науки.

Отсюда историко-научная гипотеза: низкая эффективность нынешней фундаментальной физики объясняется не сокращением финансирования, а его избытком в десятилетия «холодной войны» и «перепроизводством кадров», точнее, последствиями былого избытка. В СССР гордились числом ученых на душу населения, но в постсоветское время, когда включились механизмы конкурентной экономики, обнаружилось перепроизводство научно-технических кадров на фоне недопроизводства экономистов в широком смысле слова. Частично «перепроизведенные кадры» ушли в другие сферы деятельности и в другие страны. Но и на Западе после окончания «холодной войны» молодые физики-теоретики также стали уходить в другие сферы.

Эффективность фундаментальных физиков вряд ли можно называть производительностью труда, поскольку речь идет не о массовом производстве статей, а об изобретении штучных идей, подобно художественным творениям. Людей, способных на такое, всегда мало, и шедевры от оплаты не очень зависят. Эйнштейн свои первые научные шедевры вообще сотворил бесплатно — «на общественных началах», работая патентным экспертом. Если же фундаментальную физику финансировать сверх меры, то это можно сравнить с избыточной поливкой растения. И даже после того как избыток закончился, его последствия сказываются еще некоторое время.

Авторы штучных идей, как правило, и сами личности штучные. Создавая надлежащие условия в обществе, можно помочь их выявлению, но их число никакими расходами не увеличить за пределы, определяемые Всевышним или Природой (ненужное зачеркнуть).

В нынешней фундаментальной физике экспериментальная часть заметно эффективнее теоретической: в космологии Нобелевские премии уже трижды присуждались экспериментаторам и ни разу теоретикам. Однако вопрос об эффективности касается и экспериментаторов. Установка, с помощью которой Резерфорд открыл в 1911 году структуру атома с крошечным ядром в центре, помещалась у него на коленях и стоила меньше сотни фунтов. Спустя двадцать лет неизбежно и вполне оправданно стали строить установки, в сотни раз более масштабные, — ускорители. Но эффективность установки определяется не ее стоимостью, а людьми, которые придумывают эксперименты.

Тут опять поучителен советский пример. В стремлении «догнать и перегнать» советское руководство дважды находило средства, чтобы построить ускоритель, превосходящий по своим параметрам все другие в мире, и такое первенство держалось на протяжении нескольких лет. На этих рекордных установках, однако, не удалось получить результаты, сопоставимые с западными. Причина была социальной — косная, неконкурентная система организации советской науки.

Общий вывод из этой истории с политической географией состоит в том, что эффективность расходов на науку — законный вопрос государственной политики, открытый для обсуждения. Фундаментальные физики должны быть готовы к конкуренции за государственный бюджет с физиками других областей, представителями других наук и других сфер социальной жизни. А разумное ограничение расходов на фундаментальную физику может даже повысить ее эффективность в соответствии с русской пословицей «Голь на выдумки хитра» и с несколько более слабой английской «Necessity is the mother of invention».

 

Исторический источник оптимизма

Лучший источник научного оптимизма — история фундаментальной физики. Если за прошедшие четыре века возможны были столь поразительные успехи науки при весьма скромных средствах, то преодолимы, можно надеяться, и последствия временного избытка. Когда заработает проверенный метод Галилея — Эйнштейна, «постсовременный» способ станет объектом изучения историков, которые заметят сходство постсовременной и предсовременной философий науки.

Вспомним впечатляющий конфуз в самый канун рождения современной физики — «Космографию» молодого Кеплера, его кубок шести планет. «Объяснив» число и положения планет с помощью изящной математики и астрономических данных, автор праздновал триумф и тоже не думал об экспериментальной проверке. Он пережил крушение своего триумфа, занявшись менее грандиозной и гораздо более трудоемкой задачей — поиском законов планетных движений. Пережил он без особой горечи и невнимание Галилея к его законам, поскольку, похоже, чувствовал потенциал Галилеева метода — метода современной физики — к познанию мира.

Этот метод в руках последователей Галилея привел к поразительным достижениям и в двадцатом веке, когда к исходной цели — узнать истинное устройство Мироздания — добавилось историческое измерение — выяснить соотношение разных теорий, представляющих физическую реальность с качественно разной глубиной и с разной количественной точностью.

Современные теоретики, считая, что математическое изящество физической теории достаточно для веры в ее правильность, исходят из невозможности экспериментов. Причина — чрезвычайная малость известных до сих пор квантово-гравитационных эффектов.

Этой причине, если отсчитывать от первого cGh -эффекта, указанного Эйнштейном в 1916 году, уже сто лет. Это много, но не беспрецедентно. Атомная гипотеза ждала экспериментального исследования более двух тысячелетий, а гипотеза Галилея о «наибыстрейшей» скорости света — два с половиной столетия. Так что стоит набраться терпения, необязательно коротая время «постсовременными» текстами. Лучше искать наблюдательные эффекты, как это делал Эйнштейн в начале пути к его теории гравитации.

Авторы недавнего обзора в журнале «Успехи физических наук» признали, что «теоретическая физика, предоставив обширный перечень возможных направлений и методов поиска частиц темной материи, исчерпала себя». Закончили, однако, с оптимизмом: «Почему Природа столь щедра к нам и позволяет открывать свои секреты?» Единственное основание для этого дает именно четырехвековая история успехов физических наук.

В общественном восприятии подобный оптимизм, а то и слепая вера в могущество науки, соседствует ныне с мрачным пессимизмом: в сумасшедшем темпе научно-технического прогресса видят аналог злокачественной опухоли, ведущей к гибели человечества. Оба взгляда порождены историей науки в двадцатом веке, когда она стала определяющим фактором жизни общества. В предыдущие века смещение даты какого-то открытия на пару десятилетий ничего особенно не меняло в мировой истории. В двадцатом века это не так.

К примеру, деление урана, открытое в 1939 году, вполне могли открыть на пять лет раньше в опытах по искусственной радиоактивности. Тогда атомная бомба появилась бы на пять лет раньше — в 1940-м, и, скорее всего, в Германии, где тогда была сильнейшая физика. Ради такого дела Гитлер мог и отложить «решение еврейского вопроса», изгнавшее многих физиков из страны. А чем грозила человечеству атомная бомба в руках Гитлера, объяснять вряд ли надо.

Другой пример дает советское изобретение водородной бомбы, испытанной через пять месяцев после смерти Сталина. По мнению некоторых экспертов, проживи он еще пару лет в своем нараставшем безумии, и водородная бомба в его руках была бы страшнее атомной в руках германского фюрера.

В этих случаях человечеству повезло, что научно-технические открытия задержались на несколько лет. Но в том, что Карибский кризис 1962 года не закончился мировой ядерной войной, сыграло свою роль уже разработанное термоядерное оружие с его гарантированным взаимным уничтожением обеих сторон.

На ядерное оружие обычно смотрят в лучшем случае как на бессмысленно растраченные ресурсы человечества. Однако если обнаружится, что Земле угрожает столкновение с астероидом, у человечества нет иного источника энергии, сопоставимого по мощи с термоядерным, чтобы отклонить маловероятное, но возможное событие, какие уже бывали в истории Земли. Тогда придется поблагодарить разработчиков «бессмысленного» оружия.

Самое здравое отношение к открытиям науки и техники выразил Владимир Вернадский еще в 1910 году, говоря о радиоактивности:

Перед нами открылись источники энергии, перед которыми по силе и значению бледнеют сила пара, сила электричества, сила взрывчатых химических процессов… С надеждой и опасением всматриваемся мы в нового союзника.

Сейчас, век спустя, неясно, на что можно надеяться и чего опасаться, когда (и если) решится проблема квантовой гравитации.

Самый ранний прогноз содержится в статье Трех мушкетеров 1928 года (см. гл. 8), во фразе «Представим себе законченную (!) физику». Восклицательный знак поставили веселые авторы, и из их текста ясно, что «окончательной» может быть лишь cGh -теория. Судя по тому, что к прогнозу этому никто из авторов впоследствии не возвращался, они к нему относились столь же несерьезно, как и к статье в целом.

В 1970-е годы Хокинг уже вполне серьезно предположил, что окончательная теория возникнет еще в двадцатом веке. О конце физики говорили — с надеждой или с отвращением — и другие теоретики, не указывая определенную рубежную дату и опираясь на весьма неопределенные доводы типа: «Все, что делают люди, обязательно имеет конец».

Более смелые прогнозы, однако, нацелились на главный инструмент науки — человеческое мышление. Р. Пенроуз предположил, что квантование гравитации поможет создать физическую теорию микроструктуры сознания. А крупномасштабным прогнозом озадачил многих Андрей Сахаров. Размышляя вслух о драме идей в физике двадцатого века, он напомнил, что в предыдущие века «религиозное мышление и научное мышление» считались противостоящими друг другу, взаимно исключающими:

Это противопоставление было исторически оправданным, оно отражало определенный период развития общества. Но я думаю, что оно все-таки имеет какое-то глубокое синтетическое разрешение на следующем этапе развития человеческого сознания. Мое глубокое ощущение… — существование в природе какого-то внутреннего смысла, в природе в целом.

Это свое ощущение он извлек из картины мира, открывшейся в двадцатом веке.

Чтобы понять, как Сахаров соединял мышление и ощущение, надо знать его отношение к религии. Он всегда защищал свободу совести и верующих и атеистов. А его собственная духовная эволюция началась с детской религиозности, которую он получил от своей верующей мамы. В семье он увидел также свободу совести:

Мой папа, по-видимому, не был верующим, но я не помню, чтобы он говорил об этом. Лет в 13 я решил, что я неверующий, — под воздействием общей атмосферы жизни и не без папиного воздействия, хотя и неявного. Я перестал молиться и в церкви бывал очень редко, уже как неверующий. Мама очень огорчалась, но не настаивала, я не помню никаких разговоров на эту тему.

Сейчас я не знаю, в глубине души, какова моя позиция на самом деле: я не верю ни в какие догматы, мне не нравятся официальные Церкви (особенно те, которые сильно сращены с государством или отличаются, главным образом, обрядовостью или фанатизмом и нетерпимостью). В то же время я не могу представить себе Вселенную и человеческую жизнь без какого-то осмысляющего их начала, без источника духовной «теплоты», лежащего вне материи и ее законов. Вероятно, такое чувство можно назвать религиозным.

Опять сошлись разум и чувство. Именно их союз рождает таинственную интуицию, силой которой Галилей и его последователи изобретали новые фундаментальные понятия. Таких изобретателей называют великими физиками. Вероятно, это имел в виду Виталий Гинзбург, сказав, что Сахаров «был сделан из материала, из которого делаются великие физики». Сказал это нобелевский лауреат, не считавший себя великим физиком, и к тому же глубокий атеист. В конце 1940-х годов они с Сахаровым изобретали термоядерную бомбу, а сорок лет спустя, на первых в СССР свободных выборах, обоих свободолюбивых физиков избрали в народные депутаты.

Ошибаться свойственно и великим физикам. И даже гениальная интуиция иногда ведет не туда. Но, независимо от того, сбудется ли научно-гуманитарный прогноз Сахарова, его отношение к науке — познавательный и исторический оптимизм — также говорит о «материале, из которого он был сделан».

Андрей Сахаров, 1989.

Фото Ю. Карша (© Yousuf Karsh).

Лучше других понимая угрозы высоконаучного оружия уничтожения, видя в науке и средство улучшения жизни, и основу единства человечества, он верил, что «наука как самоцель, отражение великого стремления человеческого разума к познанию… оправдывает само существование человека на земле». Корень этого стремления Сахаров видел в далеком прошлом человеческого рода, представляя себе, как «наш обезьяноподобный предок по инстинкту любопытства» приподнимал камни под ногами и находил там «жучков, служивших ему пищей. Из любопытства выросла фундаментальная наука. Она по-прежнему приносит нам практические плоды, часто неожиданные для нас».

Картинка эта говорит не столько о детстве человечества, сколько о детской любознательности человека науки, каким был Андрей Сахаров. Исторический оптимизм был ему опорой в то время, когда советские газеты поливали его грязью. Он верил, что «человечество найдет разумное решение сложной задачи осуществления грандиозного, необходимого и неизбежного прогресса с сохранением человеческого в человеке и природного в природе», а свою нобелевскую лекцию завершил надеждой, что люди смогут «осуществить требования Разума и создать жизнь, достойную нас самих и смутно угадываемой нами Цели».

Слова «смутно угадываемой» побуждают к размышлениям и к свободе, без чего невозможны ни наука, ни достойная жизнь.