В ближайшее Рождество Ньютону исполнится 365 лет. Только что наш журнал закончил публикацию длинной цепочки кинокадров, представляющих ход ньютоновой революции — вплоть до наших дней (рубрика «История научной мысли»).

Автор этого «фильма» готов проститься с главным героем в миг славного юбилея.

До новых встреч, товарищ Ньютон!

Ньютон жил и умер три века назад. По общему мнению специалистов, с той поры на Земле не рождались или не вырастали столь же удачливые гении науки. Правда, и до Ньютона таких гениев не было на протяжении 18 веков — со времен Архимеда. Так что есть надежда на третье пришествие универсального гения, одинаково хорошо понимающего всю науку своих дней и способного по заказу создать любой нужный ему раздел математики или естествознания. Но пока род людской как-то обходится без нового гения благодаря коллективным усилиям всех ученых. Как это им удается? Можно ли поверить в неограниченно долгую цепь удач такого рода?

Попробуем разобраться в этих чудесах, взяв за хронологическую основу 300-летний юбилей долгой жизни Исаака Ньютона.

Он родился под Рождество 1642 года, в разгар гражданской войны среди англичан — роялистов и республиканцев, англикан и пресвитериан. Триста лет спустя половина человечества была охвачена сходной усобицей. Российские и германские дивизии сражались за Сталинград, японские и американские авианосцы боролись за господство на Тихом океане. Между тем в Чикаго интернациональная команда физиков во главе со вчерашним иммигрантом Энрико Ферми запустила первый урановый реактор — колыбель будущих ядерных бомб и электростанций.

Теодор Эйвери

Джон фон Нейман

Тем временем недалеко от Чикаго стареющий и малоизвестный микробиолог Теодор Эйвери завершал опыты над генетикой пневмококков. Вопреки общим ожиданиям, химической основой «наследственной плазмы» в этом случае оказался не белок, а нуклеиновая кислота ДНК, до тех пор казавшаяся неким излишеством в клеточном механизме. Открытие Эйвери постепенно убедило биологов, что ДНК так же важна для генетики, как уран для ядерной физики. Через десять лет после Эйвери его младшие коллеги — Крик и Уотсон — открыли спиральную структуру ДНК и основали молекулярную биологию всех организмов земной биосферы.

А что делали тогда математики, привлеченные к военным задачам и свободные от них? В США венгерский иммигрант Джон фон Нейман проектировал и строил первый электронный цифровой компьютер, чтобы управлять зенитным огнем в реальном масштабе времени. А в Казани тогда слепой российский геометр Лев Понтрягин пытался классифицировать самые общие геометрические фигуры — многообразия, чтобы исчислять любые их свойства (хотя бы симметрии) так же уверенно, как алгебраисты издавна исчисляют свойства натуральных чисел. Как ни странно, первые шаги на этом пути удались слепому гению математики. Но другой российский гений, Николай Вавилов, классификатор генетического разнообразия культурных растений, умирал тем временем от дистрофии в саратовской тюрьме, куда попал по интригам своих менее талантливых коллег... Так пестрое ученое сообщество заменяло собою вакансию Ньютона через 300 лет после его рождения.

Что изменилось четверть века спустя, через триста лет после того, как Ньютон открыл основные принципы математического анализа функций и механики небесных тел? В 1967 году великие державы Земли не воевали между собой, хотя Китай был готов погрузиться в многолетнюю усобицу культурной революции, придуманной председателем Мао. В таких условиях державные деньги США и СССР щедро тратились на научные исследования, будь то подготовка к полетам космонавтов на Луну или создание общей теории элементарных частиц на основе представлений групп Ли. Уроженцу Нью-Йорка Стивену Вайнбергу и питомцу Кембриджа Абдусу Саламу не понадобилось создавать новые главы математики для электрослабого объединения фотонов с массивными бозонами W и Z. Всю необходимую алгебру математики открыли еще в начале ХХ века, наводя порядок в симметриях дифференциальных уравнений по методе покойного Эвариста Галуа.

У биологов в 1967 году были свои яркие успехи и свои острые проблемы. Молодое поколение молекулярных генетиков и конструкторов развернулось во всю свою мощь и прыть. Крик и Ниренберг со товарищи полностью расшифровали код ДНК и сами мастерили по природным шпаргалкам то молекулу очередного белка — фермента, то свежепрочитанный ген из ДНК хорошо знакомого микроба. Но все эти опыты проверяли лишь один маршрут движения информации между живыми молекулами: ДНК — РНК — Белок

Возможна ли обратная передача генетической информации хотя бы на первом стыке — от РНК к ДНК? Если ее нет, то таинство биоэволюции выглядит совсем непонятно на молекулярном уровне. Если она есть, то ее должен обеспечивать некий волшебный фермент. Через год этот фермент — ревертазу — обнаружил еще один вдохновенный американец, Говард Темин. Его открытие быстро превратило молекулярную биологию из науки, только объясняющей природные феномены, в науку, конструирующую новые организмы на основе их природных прототипов. Так ученые понемногу становились соавторами природной эволюции в земной биосфере — сперва в роли скромных подмастерьев. А что дальше? Это будет видно тем, кто сделает следующий шаг вдоль чудовищно длинной молекулы ДНК.

В отличие от везучих теоретиков, физики-экспериментаторы откровенно завидовали в 1967 году удачам своих коллег в молекулярной генетике. Ах, если бы физикам удалось прочитать состав протона или мезона столь же детально, как биологи читают состав маленьких отрезков нити ДНК! Увы, это принципиально невозможно. Подробное «чтение» внутренности протона требует создания там такой плотности энергии, которая совершенно изменит его структуру. В лучшем случае мы узнаем разнообразие всевозможных внутренних структур протона, то есть закономерности сложного и не видимого нам танца кварков и глюонов, которым Природа почему-то запретила вылетать из протона наружу.

А ведь это похоже на танец хромосом внутри клеточного ядра, нечаянно открытый Вальтером Флемингом еще сто лет назад! С той поры генетика колоссально шагнула вперед; вот бы и нам в физике повторить ее успех! Ну, поживем — увидим.

Сдвинемся еще на одно поколение вперед, к 300-летнему юбилею того дня, когда 60-летний патриарх Ньютон согласился стать президентом Королевского общества в Лондоне, а царь Петр основал российскую крепость в устье Невы. Год 2003 разительно отличается от 1967 или 1942 года. Прежде всего тем, что СССР распался, и США остались единственной сверхдержавой на Земле. В итоге темп гонки вооружений резко снизился; с ним вместе упали государственные расходы на научные исследования. Где теперь физикам до новых сверхмощных ускорителей для синтеза новых элементарных частиц! Особенно загадочных бозонов Хиггса, которые своим воздействием придают массу всем прочим частицам и разделяют их взаимодействия на 4 класса — электромагнитные и слабые, гравитационные и сильные. Где теперь искать новые площадки для ключевых физических экспериментов?

Кое-что можно разглядеть в космосе. Именно там 30 лет назад физики заметили «недостачу» солнечных нейтрино по сравнению со стандартной моделью Солнца как термоядерного реактора. Только что экспериментаторы подтвердили догадку теоретиков о причине этого чуда: природные нейтрино трех сортов могут переходить друг в друга так же, как это делают кварки при бета-распаде атомных ядер. В итоге сами нейтрино приобретают ненулевую массу — пусть очень малую, но она влияет на вековые движения космических объектов. Не нейтрино ли составляют большую часть «скрытой» массы галактик, на которую не хватает всей суммарной массы звезд?

Однако космические телескопы показали, что даже общей массы частиц не хватит для объяснения средней плотности материи во Вселенной! Три четверти этой плотности имеют непонятное происхождение — вроде того, как 99% массы протона не сводятся к массам трех кварков, скачущих внутри протона. Дело в том, что нутро протона заполнено не только «газом» из глюонов, связывающих кварки воедино. Часть этого «газа» сгустилась в «жидкость» — вроде соленой воды, где виртуальные глюоны играют роль молекул воды, а виртуальные кварки — роль молекул соли. Расчет общей массы этих соленых капель или тума

на — адская работа даже для матерых физиков, вооруженных мощными компьютерами...

Чего им более всего не хватает? И чего не хватало маститому патриарху Ньютону в 1703 году, когда он готовил новое издание «Математических принципов натурфилософии» и первое издание «Оптики»?

Теоретик и экспериментатор по разному отвечают на этот вопрос. Один говорит, что Ньютон не мог проверить главную гипотезу о природе света: состоит ли он из частиц или из волн? Другой заявляет, что Ньютону не хватало только крутильных весов. С ними он мог бы одинаково точно измерить в лаборатории гравитационное притяжение двух свинцовых шаров и электрическое отталкивание двух заряженных бумажек. А также силу притяжения друг к другу двух магнитов! Имея все эти данные, Ньютон смог бы ясно различить электромагнетизм и гравитацию, на сто лет раньше, чем физики научились их различать в эксперименте, и на полтораста лет раньше, чем Максвелл вывел уравнения электродинамики из экспериментов Фарадея...

Кстати: всю необходимую Максвеллу математику знал еще Эйлер и мог бы узнать даже Ньютон, если бы она ему понадобилась! Так чего же не хватает нам сейчас и что из необходимого лежит перед нами на поверхности, мы же не видим его или ленимся поднять?

Начнем с ансамбля кварко-глюонных конденсатов внутри протона, мезонов и других частиц. Очень хочется сравнить эти конденсаты с генами на нити ДНК — небольшими, но устойчивыми объединениями десятков или сотен соседних «букв» из алфавита АТГЦ, составляющих биологически осмысленные «фразы». И уж если мы используем этот термин, то почему бы нам ни заглянуть на кухню естественного человеческого языка, где определенные группы звуков вдруг обретают новый смысл?

Проблема смысла — в лингвистике, проблема гена — в молекулярной биологии и проблема конденсатов — внутри адронов (ядерных частиц), эти три природных чуда начинают сейчас казаться разными гранями единого научного кристалла, который еще никто не наблюдал в целости. Почти так же было с Ньютоном, когда он пытался поочередно уразуметь природу света, природу электрических либо магнитных сил и природу земного тяготения. Сам Ньютон не преуспел в этих попытках; но полтораста лет спустя Максвелл отождествил свет с переносчиком электрических и магнитных сил, а еще через полвека Эйнштейн и его коллеги поняли геометрическую разницу в симметриях квантов света и тяготения.

Джеймс Максвелл

Лев Понтрягин

Ее нельзя измерить числами, но можно измерить с помощью групп Ли, описывающих всевозможные симметрии природных объектов. Любое изменение симметрий описывается неким представлением групп Ли: эти вещи тоже успешно классифицированы могучими алгебраистами ХХ века. Но как описать управление изменением симметрий — то повседневное чудо в спектре природных сил, которое неживая Природа творила считанные разы (в ходе Большого взрыва Вселенной), но живая клетка или ученый человек творят регулярно, когда включают новые экспрессии старых генов либо новые смыслы старых слов в свою обычную деятельность? Есть ли готовый математический язык для такого описания или нужно ждать пришествия нового Ньютона, чтобы изобрести такой язык?

Такой язык уже есть! Его нечаянно изобрели американец Марстон Морс, русский Лев Понтрягин и еще один удалой американец Ричард Фейнман накануне Второй мировой войны. Чудовищные конфликты тех лет создавали такой стресс для многих ученых (особенно молодых), что одни из них сгорали в одночасье, а другие ненадолго уподоблялись Ньютону и творили новые науки за считанные часы или недели. Так Морс создал свою теорию, разложив любое гладкое многообразие в сумму простых клеток. Морс и его коллеги сразу нашли важнейшее (бесконечномерное) применение новой теории. Она описывает геометрическую структуру пространства петель, клетки в котором соответствуют биографиям любых физических систем. От почти неизменных атомов до рождающихся либо умирающих элементарных частиц, от тихих обывателей до буйных гениев политики или науки.

Достигнув этого уровня понимания существа дела, в 1940 году математик Лев Понтрягин и физик Ричард Фейнман разошлись по своим мирам. Юный физик вскоре уехал в Лос-Аламос, чтобы возглавить там расчеты ядерных взрывов. По ходу этой работы Фейнман нарастил необходимые «умственные мышцы»: он научился рассчитывать вклад любой «диаграммы Фейнмана» в сложный процесс электромагнитного взаимодействия сколь угодно энергичных частиц. К 1949 году Фейнман умел решать любую задачу в квантовой электродинамике — благо, в 1945 году его демобилизовали из ядерного проекта, и он смог тратить все силы на мирную науку. Но перенос диаграммной техники на сильные взаимодействия ядерных частиц — адронов — Фейнману не удался; эта ветвь физики (хромодинамика) не завершена до сих пор.

Согласно квантовой теории в формулировке Р. Фейнмана частица, летящая от источника к экрану, движется по всем траекториям сразу

Лев Понтрягин был на 10 лет старше Фейнмана. В казанскую ссылку он попал уже в роли академика и мог заниматься мирной топологией, даже стоя в очереди в столовой. А что еще делать слепому математику в изоляции от младших коллег? Так и Ньютон остался один на один с Природой и Наукой в 1666 году, скрываясь от чумы в деревне. За те два года ссылки Ньютон изобрел исчисление производных и интегралов. За тот же срок в Казани Понтрягин придумал группы бордизмов — оснащенных многообразий — и вычислил их в самых малых размерностях — 1 и 2. Результаты Понтрягина были опубликованы одновременно с результатами Фейнмана в 1949 году, когда СССР догнал США в сфере ядерного оружия, и началась гонка за водородной бомбой...

Пять лет спустя (после первых термоядерных взрывов) дерзкий француз Рене Том превзошел Понтрягина, рассчитав любые группы бордизмов с помощью новой гомотопической алгебры. Русский мэтр горячо одобрил эти результаты, но Ричард Фейнман не читал геометрические статьи Понтрягина и Тома. А жаль! Ведь Фейнман многократно пытался придумать физическую модель коллектива ученых, совместными усилиями создающих новую теорию, хотя бы электродинамику или хромодинамику. Согласно модели Фейнмана, биография каждого ученого изображается траекторией экстремального Действия, сиречь, ямой, седлом или холмом на гладком графике функции действия, которую приручил еще Эйлер.

Совокупность всех биографий членов одного коллектива образует в пространстве петель «характеристический цикл» (этот термин ввел в науку Понтрягин). Эволюция ученого содружества выглядит, как бордизм характеристического цикла, вроде тех бордизмов, которые изучали Понтрягин и Том. Значит, группы бордизмов составят первую необходимую часть будущего исчисления научных открытий силами ученых коллективов!

Такая мысль естественна для сильного и удачливого математика, работающего среди удачливых физиков, либо для оригинального физика, окруженного сильными математиками. Именно такой коллектив воплощал в своей персоне Ньютон, а раньше него Архимед. Но Понтрягин и Том, Эйнштейн и Фейнман работали в ином окружении! Потому квантовая физика научных коллективов все еще не создана наряду с квантовой хромодинамикой в физике элементарных частиц, а также с генодинамикой в молекулярной биологии и с семантодинамикой в лингвистике.

Физики-теоретики сейчас умеют вычислять почти все то, что угадали для них математики — геометры и алгебраисты. Но эти герои умеют вообразить и описать на своем языке только то, что им сумели поведать на своих диалектах экспериментаторы из разных племен, — генетики и лингвисты, социологи и литературоведы, физики и кибернетики. Весь этот языковый разброд напоминает в равной мере Вавилонское столпотворение и Большой взрыв Вселенной. Точнее сказать, поздние, завершающие этапы этих древних эволюционных процессов. Но корни каждого успеха или неудачи лежат глубже — в краткой начальной фазе каждого взрыва, когда взаимодействия частиц или людей еще не разделились по уровням, и возможно было плодотворное сотрудничество среди физиков и лириков, среди геометров и лингвистов, между кварками и лептонами.

Леонард Эйлер

Как недолги эти творческие вспышки в мире людей, как быстро они сжигают научных лидеров, превращая их в важных директоров или лауреатов! Ньютону повезло: из-за нелюдимого характера он стал президентом Королевского общества лишь в 60 лет, а директором Монетного двора — еще позже. Такое же везение нарочно устроил себе хитрый Фейнман. Он застрял в профессорской должности на всю жизнь, чтобы большую часть времени отдавать игре в физику со студентами и аспирантами. Если бы рядом с Фейнманом работали и учили молодежь столь же яркие и удачливые математики и биологи, если бы у них была общая паства, интенсивно обучающаяся друг у друга, а не только с глазу на глаз с профессором, если бы да кабы... Тогда, вероятно, новый универсальный Ньютон вырос бы еще в ХХ веке.

Но этого не случилось и вряд ли случится в ближайшие десятилетия. Остается нам надеяться на ту коллективную и бессознательную модель личности Ньютона, которой является сейчас все сообщество ученых землян. Оно работает раз в десять медленнее, чем работал бы один Ньютон. Но за истекший ХХ век оно успело открыть, понять и связать воедино гораздо больше научных фактов и теорий, чем сумел бы увязать Ньютон за одно десятилетие. Видимо, таков естественный темп развития ноосферы на Земле — в условиях быстрой технической эволюции и соответствующих ей культурных революций. Будем до-

(отсутствует продолжение текста, брак издательства)

«ЛИСА» У СКЕПТИКА