Охота за кварками

Запутаны и связи теоретической физики с математикой. Физики охотно пользуются математическим аппаратом, берут и самые тонкие ее разделы, но обращаются с ними очень своеобразно.

Математик — так считает польский писатель-фантаст С. Лем — похож на портного-безумца. Он словно бы ничего не знает ни о людях, ни о птицах, ни о растениях.

Его будто бы и не интересует мир — он шьет одежды.

Для кого? Он не ведает, не думает об этом. Он заботится лишь о последовательности, симметрии и о прочих странных правилах шитья.

Готовую продукцию портной-математик относит на громадный склад. Там залежи одежды. Всякой. Одни костюмы подошли бы осьминогу, другие деревьям и бабочкам. Есть образчики и для людей, кентавров, единорогов и для таких созданий, которых даже трудно себе представить. Безумие?

И да, и нет. Ибо физики, перетряхивая груды «пустых одежд», созданных математикой, взяли, например, матричное исчисление и создали (фактически это сделал в 1925 году В. Гейзенберг) квантовую механику — эту основу для физики элементарных частиц.

Главное различие между физиком-теоретиком и математиком в методе мышления. Первый мыслит индуктивно — от частного к общему, идет к обобщениям от догадки, он знает, что его взгляды всегда приближенны и потом их наверняка придется пересматривать. Физик-теоретик все время как бы решает невообразимой сложности уравнение, единственным корнем которого являются фундаментальные законы, правящие миром.

Не то — математик. Его стихия — дедукция: он предпочитает искать общее, а уж из него вылавливать частное; да, собственно, частности его не так уж и волнуют, частности он оставляет другим.

Подведем итоги наших размышлений. Непростое положение у физика-теоретика. Ни физики-экспериментаторы, ни математики не признают этого иммигранта за своего.

Экспериментаторам теоретическая деятельность кажется подозрительной и малоплодотворной; она-де не прибавляет новых законов в копилку знаний. Математикам же не по душе то, что физик-теоретик, говорящий на языке математики с заметным акцентом, часто действует недостаточно строго и что у него нет тех красивых и головоломных проблем, которыми так богата Топология, Теория чисел и другие «горячие точки» новейшей математики.

Вот и оказался теорфизик, так сказать, в положении блудного сына, убежавшего из отчего дома — физической лаборатории — и скитающегося на чужбине, перебиваясь подаянием (что-то даст очередной «решающий» эксперимент!).

Лаборатория — в авторучке

«Хотя имена великих ученых-теоретиков хорошо известны, — пишет шведский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии X. Альфвен, — не каждый представляет себе, каким образом они работают. Часть их работы напоминает деятельность художника: и художник и ученый отделяют существенное от хаоса чувственных восприятий и представляют это существенное в возможно более концентрированной и элегантной форме. Подобно тому как художник выражает свои мысли и чувства в красках, скульптор — в глине, музыкант — в звуках, так и профессионал от искусства науки использует формулы и законы, которые, подобно всякому обогащенному отражению окружающего нас мира, являют собой степень красоты. Высочайшая похвала, которую теоретик может заслужить, показывая вновь выведенную формулу, это восторженный возглас его коллеги: «Как она красива!»

Подобные мысли не всегда были общепринятыми.

Вначале века один из великих теоретиков физики, человек, объяснивший смысл загадочной энтропии, австриец Л. Больцман, провозгласил: «Оставим изящество портным и сапожникам!..»

Все это похоже на давний спор о физиках и лириках — заметит читатель. Нет, не совсем так. И вообще не будем отвлекаться, а лучше повнимательнее приглядимся к действиям теоретика. Вот он что-то рассказывает, стоя у черной доски. В руках — исписанные листочки бумаги да мел. Еще указка — и это все его оружие.

Однажды спросили А. Эйнштейна, где находится его лаборатория. Он быстро вынул из нагрудного кармана авторучку и сказал: «Вот здесь».

Конечно же, обладают теоретики и особыми профессиональными секретами. «Чем сложнее рассматриваемая система, — любил повторять член-корреспондент Академии наук СССР, автор первых отечественных курсов теоретической физики Я. Френкель (1894–1952), — тем, по необходимости, упрощеннее должно быть ее теоретическое описание… Физик-теоретик в этом отношении подобен художнику-карикатуристу, который должен воспроизвести оригинал не во всех деталях, подобно фотографическому аппарату, но упростить и схематизировать его таким образом, чтобы выявить и подчеркнуть наиболее характерные черты…»

Может показаться, будто физик-теоретик (лист бумаги, авторучка, собственная голова) ярый индивидуалист, отшельник-анахорет. Ничуть! Как никто другой (чтоб разум не затупился?), нуждается он в постоянных контактах с коллегами.

Директор Международного центра теоретической физики в Триесте (Италия) пакистанец А. Салам вспоминает: «Я был тогда единственным физиком-теоретиком в стране. Ближайший коллега находился в Индии. Вы не представляете себе, что это такое. Физик-теоретик просто обязан иметь возможность беседовать, спорить и даже кричать, если необходимо. Я помню, как однажды мне позвонил Вольфганг Паули. Он находился тогда в Бомбее. Он сказал, что чувствует себя очень одиноко и хотел бы, чтобы я приехал к нему поговорить. Я сел в самолет и вылетел в Бомбей. Когда я постучался в дверь его номера, оп пригласил меня войти и, забыв поздороваться, быстро заговорил: «Проблема заключается в следующем. Если мы возьмем члены с производными в действии по Швингеру…»

Да, какими бы абстрактными материями ни занимались физики-теоретики, ничто человеческое не чуждо и им. Так, многие из них были хорошими спортсменами.

Страстным альпинистом был академик, лауреат Нобелевской премии И. Тамм (1895–1971) (недавнее первое восхождение на Эверест советские альпинисты совершили под руководством сына И. Тамма, тоже физика, доктора наук и тоже неуемного альпиниста).

Н. Бор был в молодости футболистом такой высокой квалификации, что национальная сборная не раз доверяла ему защиту своих ворот. Когда в 1922 году Нобелевский комитет отметил его высокой наградой, одна датская газета писала: «Известному футболисту Н. Бору присуждена Нобелевская премия».

О выдающихся физиках-теоретиках прошлого Н. Боре, В. Паули, Э. Ферми, наших советских — Л. Ландау, И. Тамме, Я. Френкеле, И. Померанчуке можно было бы поведать много интересного. Эти фигуры достойны бронзы и мрамора. Но автору хотелось бы снизить пафос, убрать патетику. И просто рассказать о работе физика-теоретика, живущего среди нас, дать его по возможности в действии. И еще показать, что дорога в микромир, охота за кварками и другими диковинными частицами неожиданно вывела исследователей на бескрайние просторы космоса.

Андрей Линде

Я вышел на станции метро «Юго-Западная» и сел в автобус. Он долго, минут сорок, увозил меня все дальше от центра города. Почти у Московской кольцевой дороги, рядом с лесной рощицей, стоял 16-этажный дом-башня.

Лифт поднял меня на 13-й этаж, я позвонил. Дверь открыл А. Линде, молодой физик-теоретик.

Гипотезу о «горячей» Вселенной выдвинул в 1946 году физик-теоретик Г. Гамов (1904–1968). Он-то первым и заговорил о физике, обусловившей расширение Вселенной.

Гипотеза Г. Гамова, неоднократно уточнявшаяся и выдержавшая экспериментальную проверку, оставляла открытыми вопросы о сверхранних состояниях Вселенной.

Но можно ли и насколько приблизиться к нулевому моменту, моменту «пуска» Вселенной?

Еще десять лет назад сверхплотным веществом считалось вещество с плотностью 1014 - 1015 граммов в кубическом сантиметре, с плотностью, незначительно превосходящей ядерную. А как описать состояние материи, в котором Вселенная находилась в начальные доли секунды, было совершенно неясно. Теперь, после работ А. Линде, А. Старобинского и других (в основном советских) теоретиков, уже удается описать свойства вещества с плотностью, почти на 80 порядков превосходящей ядерную!