Юрий Чирков - Охота за кварками
Конечно, число «встрясок» за один оборот колеса сведено к минимуму, но очевидно, что древний новатор еще дальше ушел от идеала, от простейшего колеса — круга, у которого вовсе нет углов. И это вопреки тому, что круг представляет собой самое сложное изо всех колес — ведь это многоугольник с бесконечным числом углов!
А теперь вновь вернемся к проблеме распадающегося протона.
«Великое объединение» многое упрощает, сводя тройку сил к одной. Но какое это разочаровывающее упрощение! Нежданно-негаданно физики вдруг очутились в «калибровочной» пустыне. Они привыкли к тому, что каждое новое поколение ускорителей, каждое новое продвижение по шкале до сих пор открывало и новые физические явления. Количество неизменно и довольно быстро переходило в качество. А тут нате!
Сейчас экспериментально физики добрались до размеров 10-16 сантиметра. Если протон смертен, им сразу откроются и масштабы, соизмеримые с 10-29 сантиметра.
Они получат возможность заглянуть на 14 порядков вперед по длинам и энергиям! И на этих громадных «пространствах» им не встретится, есть такие подозрения, ни одного существенно нового явления — пустыня!
Если протон развалится-таки, то этот эксперимент определит развитие физики высоких энергий на долгие годы. Он, как камертон, настроит физику на «дали», где видится предельная, минимально возможная в природе длина 10-29 сантиметра.
В какой-то мере идейно физика как наука будет исчерпана, а физики, словно путешественники, начнут буксовать, как вездеход, тонущий в сыпучих барханах знойной пустыни.
Ощущение такое, пишет Л. Окунь, как если бы облака вокруг Земли были бы очень плотными и только наше поколение, прорвавшись сквозь них, вдруг впервые узрело бы далекие звезды и мертвые и пустынные космические дали. И человек отчетливо осознал бы, что между ним и ближайшей звездой космическая пустота.
Понятно, что в этих условиях некоторые физики заговорили о конце физики, об ее исчерпаемости. Другие же, напротив, борясь с этими, как им кажется, пагубными мнениями, указывают на то, что мы, возможно, не вправе распространять наши физические идеи и представления, развитые и подтвержденные для масштабов 10-15 сантиметра (пока охота за кварками и другими диковинами микромира дошла до этого предела), в области с масштабами до 10-29 сантиметра. И что, следовательно, ученых ждут еще многие сюрпризы. И еще, добавляют они, не надо забывать, что «великое объединение» только шаг на пути к «суперобъединению» (включающему и последнюю силу — гравитацию). А там возникнут не просто загадки — все это может стать началом совсем новой физики.
Вот так исследование микромира, находящееся сейчас на стадии детального изучения прежде всего кварковой проблематики, ставит перед физиками и философами вопрос большой принципиальной важности. Кто прав? Сторонники того, что наука бесконечна, или те, кто считает, что научный прогресс рано или поздно, но непременно прекратится?
Обсуждение этой кардинальной для всей науки проблемы и станет темой следующей главы.
4
Сколько у природы законов?
Наш Мир — не завершеньеТам — дальше — новый КругНевиданный — как МузыкаВещественный — как Звук.Он манит и морочитИ должен — под конецСквозь кольцо ЗагадкиПройти любой Мудрец.
Эмили ДикинсонВеличественный старик в густой шапке седых волос неторопливо подошел к кафедре, отпил из стакана несколько глотков крепчайшего чая, обвел взглядом многочисленную аудиторию и начал:
— Господа, я полагаю, что физику как науку можно считать вполне законченной… Нам осталось провести лишь некоторые малосущественные уточнения и доделки…
Так, на рубеже XIX и XX столетий знаменитый английский физик, один из основоположников термодинамики и кинетической теории газов, президент Лондонского королевского общества, автор четырех сотен научных работ, почетный член Петербургской и многих других академий наук мира, У. Томсон (1824–1907) (за выдающиеся научные заслуги был в 1892 году пожалован в пэры и получил титул лорда Кельвина, отсюда пошла и многочисленная научная терминология: температурная шкала Кельвина, уравнение Кельвина и т. д.) в присутствии множества виднейших ученых решительно и торжественно «закрыл» науку.
Однако патриарх (У. Томсона нельзя путать с его более молодым однофамильцем Дж. Томсоном, открывшим электрон) ошибался. Очень скоро мир представлений лорда Кельвина был вдребезги разбит новыми неожиданными открытиями: рентгеновские лучи (1895), радиоактивность (1896), обнаружение электрона (1897), идентификация радия (1898). Природа открывала исследователям все новые научные истины. И все же в чем-то У. Томсон мог оказаться прав.
В самом деле, вечен ли безудержный прогресс науки?
Не иссякнет ли когда-нибудь родник открытий? Ведь существуют же, как надеются некоторые ученые, элементарные первочастицы материи (кварки? не потому ли их трудно обнаружить, что кварковый уровень материи является последним рубежом микромира?), из которых построен весь остальной мир. Так же, казалось бы, могут существовать и «самые последние» предельно общие законы мироздания, познав которые наука исчерпает себя.
И возникает принципиальный вопрос: конечно ли число законов природы или бесконечно? Вечен ли процесс познания или ему наступит неизбежный конец?
«И с физикой будет покончено»
Давно известно: чужие ошибки мало чему нас учат.
Предсказания, подобные высказанному У. Томсоном, делались до него не раз и, видно, будут повторены еще неоднократно.
Французский астроном и математик П. Лаплас (1749–1827) любил повторять: «Дайте мне все начальные условия, и я предскажу будущее мира». Таким образом, П. Лаплас считал: законов механики вполне достаточно для объяснений всех явлений не только физики, но и всего естествознания.
О подобном же характерном и поучительном эпизоде из своей жизни рассказал немецкий физик-теоретик М. Планк (1858–1947). В 17 лет, решив посвятить себя занятиям теоретической физикой, он пришел к другу отца, декану физического факультета, 70-летнему профессору Жоллп пробить совета. Юноша жаждал одобрения, благословения, теплых слов напутствия. К его удивлению, ответ маститого ученого был совсем иным. «Молодой человек, сказал Жоллп, — зачем вы хотите испортить себе жизнь, ведь теоретическая физика уже в основном закопчена? Стоит ли браться за такое бесперспективное дело?.. Конечно, — продолжал метр, — в том пли ином уголке можно еще заметить или удалить пылинку, но система как целое стоит прочно, и теоретическая физика заметно приближается к той степени совершенства, каким уже столетия обладает геометрия…»
К счастью, М. Планк не внял этим словам и позже стал одним из творцов квантовой механики, лауреатом Нобелевской премии, жизнью своей опровергнув прогноз своего наставника.
Увы, увы!.. Этот и ему подобные факты истории пауки, эти многочисленные заблуждения прошлого не стали уроком и для новейшей физики, которая взорвала классические догмы времен Лапласа и Кельвина.
Квантовая механика, созданная в основном в 1925–1927 годах, открыла совершенно новый, изумительный мир явлений природы. И один из ее создателей, В. Гейзенберг, вскоре после получения им Нобелевской премии самоуверенно и дерзко заявил: «В течение нескольких лет мы навели порядок в электродинамике. Теперь нам нужно еще несколько лет на атомные ядра, и с физикой будет покончено. Тогда мы сможем приступить к биологии…»
За этими не очень скромными словами скрывается следующее. Поклонник простоты В. Гейзенберг, как и другие большие физики его времени, мечтал доказать единство всех физических стихий. В последние годы жизни он попытался (к этому времени и сильные и слабые взаимодействия стали известны науке) объединить все четыре основные силы в одну. Дерзкий замысел!
В результате семи лет упорной работы им опубликована система из четырех нелинейных дифференциальных уравнений — ее называют «нелинейной спинорной теорией», или «формулой мира Гейзенберга».
Теория Гейзенберга обещала многое — объяснить все характерные особенности элементарных частиц, величины всех констант взаимодействий, словом, исчерпать физику как науку так же, как может быть исчерпана вода в иссякающем колодце. Увы! Поиск имеющих физический смысл решений предложенных В. Гейзенбергом уравнений, их математическая интерпретация оказались делом чрезвычайно сложным. Эти попытки не закончены и по сей день.
А вот совсем недавний пример подобных же прогнозов. Р. Фейнмана (родился в 1918 году), американского физика-теоретика, лауреата Нобелевской премии (1965), автора широко известных у нас «Фейнмановских лекций по физике», пожалуй, представлять не надо. Его мнение очень весомо и поддерживается многими ныне живущими физиками. Вот что он пишет в книге «Характер физических законов»: «Мы угадываем все новые и новые законы. Сколько же их будет, в конце концов, этих новых законов?..»
