Вселенная в электроне

«Сумасшедшая» мысль о том, что в мире нет ничего, кроме пустого пространства в его различных формах, стала казаться особенно убедительной после того, как физики пришли к идее единого поля, объединяющего в себе все известные нам силы природы. Поскольку одно из его состояний, гравитация, имеет геометрическую природу, можно рассчитывать, что все остальные его состояния-братья имеют подобное же происхождение.

Вообще говоря, идея о чисто геометрической природе мира не является изобретением лишь нашего века. Ее высказывали и древнегреческие ученые. Пифагор был убежден в том, что в основе всех вещей и явлений лежит «гармония чисел». Он считал, что законы мира — это законы чисел, где все выражается через целые и их отношения. Другой древнегреческий мыслитель, Платон, доказывал, что самым первичным и исходным в природе являются законы геометрии. И всякий раз эти идеи наталкивались на непреодолимые трудности. Так, для Пифагора и его учеников выглядело необъяснимой загадкой, почему некоторые величины, например, отношение длины окружности к ее радиусу или отношение длины стороны квадрата к его диагонали, нельзя выразить ни целым, ни дробным числом. Они были настолько поражены своим открытием, что в течение многих лет скрывали его, как одну из самых ужасных, необъяснимых тайн бытия.

Сорок лет жизни безуспешно потратил Эйнштейн на создание полностью геометризованной картины мира. Не удалось ее построить и его последователям. Чтобы описать многообразие свойств мира, одного пространства недостаточно. Состояния единого поля действительно выражаются через величины, имеющие геометрический смысл, однако «чисто геометрическими» их можно назвать лишь формально. Таковыми они являются не в обычном окружающем нас пространстве, а в абстрактных математических пространствах, где по осям откладываются не длина, ширина и высота, а значения электрического заряда, странности цветного заряда и другие характеристики, не связанные с геометрией привычного нам трехмерного пространства и одномерного времени. Ведь с математической точки зрения, пространством можно назвать множество любых элементов, характеристики которых связаны такими же соотношениями, как координаты точек окружающего нас пространства. Математика позволяет единым образом описывать объекты самой различной физической природы, и геометрическими их можно назвать лишь потому, что связывающие их соотношения имеют сходную математическую структуру. То, что мы обычно называем пространством, — только одно из бесчисленного количества свойств природы. Мир нельзя построить из «чистой пустоты».

Это очень сложные вопросы, и не стоит унывать, если пока не все понятно. О пустоте-вакууме спорят с тех пор, как появилась наука, а сегодня эта проблема, пожалуй, центральная в теоретической физике. Длина, ширина и высота — только часть измерений пустого пространства. В микромире есть, по-видимому, еще шесть или семь дополнительных осей-измерений. И снова возникает вопрос: что же это такое — пространство? На этот вопрос не могут точно ответить пока ни философы, ни физики.

Пожалуй, на этом нам следует остановиться, иначе мы заблудимся в джунглях теоретических схем и гипотез. На переднем крае науки их много. Они во множестве рождаются на страницах физических журналов, борются и погибают, немного углубив и расширив наше знание, — ведь узнать, что неправильно или невозможно, тоже очень важно. Это расставляет вехи и ограничительные знаки на пути в Страну Неизвестного. Кроме того, бывают идеи, назначение которых в том, чтобы расшатать сложившиеся представления, так сказать, навести на размышления. Они как трамплин для бегуна.

Хотя физики-теоретики иногда с горечью говорят, что работают в основном на мусорную корзинку, их работа удивительно интересна. То, с чем рядовой читатель встречается в научно-фантастических повестях и романах, — лишь бледное отражение идей, с которыми в своей работе имеет дело теоретик. Трудно найти специальность, более интересную и увлекательную!

Впрочем, иногда можно услышать: а зачем все это нужно? Разве вокруг нас нет более земных и злободневных дел, которыми следует заняться прежде, чем тратить время, усилия и средства на изучение проблем, обещающих практическую отдачу лишь в далеком будущем? Оправдывает ли себя создание дорогостоящих ускорителей частиц и огромных радиотелескопов? Может быть, прав тот ученый, который на вопрос: «Что такое «чистая наука»?» — ответил с юмором, что это — удовлетворение собственного любопытства за государственный счет.

Эти вопросы мы и рассмотрим в следующей главе книги.

Глава IV

Надежды и трудности

Мы привыкли к быстрому и все ускоряющемуся прогрессу науки и спешащей за ней техники. Но насколько «вечен» такой прогресс? Продвижение вперед становится все более сложным и дорогостоящим. Оно сопровождается оскудением и без того уже истощенных природных богатств планеты. Вместе с тем резко возрастает объем научной информации, которую необходимо освоить, прежде чем приступить к исследовательской работе. Учиться приходится все дольше и дольше: семь классов, десять, институт, аспирантура, стажировка на производстве или в лаборатории… Возникает что-то вроде информационного барьера — чем больше мы узнаем, тем труднее двигаться дальше. Как жадному грибнику, который собирает все грибы подряд и сам не может унести то, что собрал. Невольно закрадывается подозрение: не может ли это стать причиной сначала замедления, а затем и конца науки?

Может быть, выход в том, чтобы ограничиться основными, наиболее перспективными направлениями, наикратчайшим путем ведущими к открытию новых законов природы? Но как узнать, какое направление является более перспективным?

А может быть, следует вообще прекратить самые дорогие научные исследования, ведь ученые и так открыли уже очень много законов, может, хватит?

Так что же все-таки ожидает науку в будущем? Где ее границы? Какие проблемы будут волновать ученых через много лет?

Золушка или принцесса?

На пути науки есть несколько трудных барьеров, которые ей предстоит преодолеть. Первый из них, его «дыхание», ощущается уже сегодня, — это быстро растущая стоимость науки. Если все затраты на научные исследования от времен Архимеда до второй мировой войны составили всего лишь несколько миллиардов долларов, то в наше время на науку только за один год в мире тратится более ста пятидесяти миллиардов долларов. В ее сфере занято более трех миллионов научных работников и инженеров и в несколько раз большее число техников, лаборантов, рабочих и другого обслуживающего персонала. Стоимость крупных исследовательских установок, таких, как ускорители частиц, достигает миллиарда рублей. В конце прошлого века, проводя свой знаменитый опыт по измерению скорости света, Альберт Майкельсон затратил ровно десять долларов, а сегодня рядовой эксперимент по физике высоких энергий стоит уже около миллиона. Современный эксперимент имеет «индустриальный характер». Крупные физические лаборатории превратились в настоящие города с опытными заводами, конструкторскими бюро, сложным энергохозяйством. Давно прошли те времена, когда для опыта было достаточно маленького прибора на лабораторном столе.

Усложнение и удорожание опытов связано с тем, что наука стремится проникнуть все глубже в недра материи, а это требует постоянно увеличивать энергию зондирующих частиц, то есть создавать все более сложные экспериментальные установки. То же самое с космическими объектами — чем они дальше, тем более мощные и изощренные приборы нужны для их изучения. Это и понятно: чем глубже и дальше, тем труднее и дороже. Поэтому стоимость опытов будет возрастать и далее.

А раз так, то, может, и вправду лучше совсем отказаться от фундаментальных исследований микромира и космоса и сосредоточиться на прикладных разделах науки, на практическом использовании уже открытых законов природы, и не растрачивать ресурсы на «пустое» удовлетворение любопытства, которое становится слишком обременительным и малопонятным всем, кроме самих ученых? Особенно часто такие сомнения высказывают далекие от науки люди, которым кажется, что, экономя на «ненужных», чисто научных исследованиях, можно даже ускорить развитие общества. Однажды в «Литературной газете» мне попалась статья, автор которой для повышения эффективности науки предлагал оплачивать лишь те разработки, которые имеют очевидный выход в практику, а так называемые «чисто научные» исследования вообще не оплачивать, пусть желающие занимаются ими в свободное время, для своего удовольствия, так же, как, например, коллекционеры занимаются сбором почтовых марок или старых монет. Такая стратегия, если бы ее действительно взяли за основу, — верный и быстрый способ вообще покончить с наукой. Смещение акцентов исследований в сторону «потребительских интересов» хотя и дает гарантированные практические результаты, тем не менее в долгосрочной перспективе крайне невыгодно, так как уничтожает источник, питающий технику новыми идеями, и довольно скоро обернется снижением темпов научно-технического прогресса.