Достучаться до небес. Научный взгляд на устройство Вселенной

Рэндалл Лиза

РИС. 82. Возможные креативные решения задачи о девяти точках включают вариант выхода за пределы квадрата, складывание бумаги так, чтобы точки сошлись на одной прямой, и использование широкого пера или грифеля

Эти решения — не обман и не нарушение правил. Правда, они были бы обманом, если бы в задаче имелись дополнительные ограничения. К сожалению, система образования зачастую загоняет мышление в жесткие рамки, когда человек сам отсекает «лишние» возможности. В книге «Кварк и ягуар» (The Quark and the Jaguar) Мюррей Гелл–Манн цитирует «историю про барометр» профессора физики Вашингтонского университета Александра Каландры. Суть истории такова: преподаватель,

сомневаясь в оценке, задал студенту вопрос о том, как можно измерить высоту здания при помощи барометра. Студент ответил, что можно привязать барометр к веревке и спустить с крыши на землю, а затем измерить длину веревки. Когда преподаватель возразил, что решение должно быть основано на законах физики, экзаменуемый предложил измерить время падения барометра с крыши или длину тени от барометра и от здания в заданное время дня. Студент предложил также один нефизический способ: пойти к коменданту и предложить ему барометр в обмен на информацию о высоте здания. Возможно, это были не те ответы, которые хотел услышать преподаватель. Но студент верно — и остроумно — подметил, что личные ограничения преподавателя не входят в условия задачи.

Когда в 1990–е гг. я вместе с другими физиками начала думать о дополнительных пространственных измерениях, мы не просто стали мыслить шире, мы буквально вышли за пределы знакомого трехмерного пространства. Мы размышляли о мире, в котором сама сцена, на которой мы решали свои проблемы, неожиданно оказалась больше, чем мы думали. Представив себе такой мир, мы сумели отыскать в нем потенциальные решения проблем, которые годами беспокоили специалистов по физике элементарных частиц.

Надо заметить, что научные достижения возникают не в вакууме. Они всегда опираются на идеи предшественников. Хорошие ученые прислушиваются друг к другу. Иногда для получения верного вопроса или ответа достаточно просто внимательно выслушать, понаблюдать или прочесть чью-то статью. Мы часто сотрудничаем, привлекая в проект ученых разных специальностей; кроме того, это помогает сохранить объективность.

Каждый ученый хочет первым сделать важное открытие; тем не менее мы умеем учиться друг у друга и делиться друг с другом результатами своей работы; умеем мы и работать над одной общей темой. Иногда случайная фраза, сказанная кем-то из коллег, становится ключом к интересной проблеме или решению. У каждого ученого, конечно, бывают свои озарения, но мы часто обмениваемся мыслями, вместе прорабатываем следствия и вносим поправки — или начинаем все сначала, если оказывается, что первоначальная идея не работает. Мы постоянно придумываем новые гипотезы, одни сохраняем про запас, другие отбрасываем.

Это наш хлеб. Именно так мы работаем, именно так продвигаемся вперед. Это не плохо. Это прогресс.

Одна из важнейших задач, которые я выполняю при работе с аспирантами, заключается в том, чтобы внимательно следить, не мелькнет ли в их рассуждениях какая-нибудь свежая перспективная идея, даже если сами они пока не могут как следует ее сформулировать; стоит прислушиваться также к критике моих построений. Возможно, такой взаимный обмен — лучший способ научить творчеству (или, по крайней мере, поддержать его).

Конкуренция тоже играет важную роль в научном процессе — впрочем, как и в большинстве других занятий. При обсуждении креативности художник Джефф Кунс рассказал нам, что в юности его сестра занималась живописью и в какой-то момент он вдруг понял, что способен рисовать лучше. Один молодой продюсер объяснил, что конкуренция стимулирует его и его коллег и заставляет заимствовать у других лучшие идеи и методы, а значит, и развивать собственные. Известный повар Дэвид Чан выразил аналогичную мысль чуть более откровенно. При посещении нового ресторана у него иногда возникает мысль: «Это здорово! Почему я об этом не подумал?»

Ньютон тянул с публикацией до завершения исследований. Но при этом он, вполне вероятно, внимательно следил за своим конкурентом Робертом Гуком, который тоже знал об обратной пропорциональности квадрату расстояния, но математического аппарата для доказательства этого закона у него не было. Тем не менее работа Гука, вероятно, подтолкнула Ньютона к публикации результатов. Дарвин тоже принял окончательное решение о публикации, узнав о том, что над аналогичными эволюционными идеями работает некий Альфред Рассел Уоллес и,

если он еще немного потянет с публикацией, слава первооткрывателя достанется конкуренту. И Дарвин, и Ньютон хотели полностью прояснить для себя свои теории, прежде чем публиковать их, и работали над ними до полной уверенности — или по крайней мере пока их не стали догонять конкуренты.

Вселенная то и дело дает нам понять, что она умнее нас. Уравнения или наблюдения подсказывают новые идеи, которые еще недавно никому не приходили в голову и для подтверждения которых в будущем потребуются оригинальные, креативные эксперименты. Без неопровержимых экспериментальных свидетельств ни один ученый не придумал бы квантовую механику; я подозреваю, что точную структуру ДНК и мириады явлений, в сумме образующих жизнь, практически невозможно было бы угадать, если бы мы не столкнулись лицом к лицу с «подсказками».

Научные исследования — органичный процесс. Мы вовсе не обязательно знаем, к чему идем, но эксперименты и теории служат нам на этом пути ценными проводниками. Подготовка и мастерство, сосредоточенность и упорство, умение задавать нужные вопросы и доверять собственному воображению — вот качества, которые помогают нам в поиске истины. Полезны также широта взглядов, общение с коллегами, желание превзойти предшественников или коллег и вера в то, что ответы существуют. Какими бы мотивами ни руководствовались ученые, каких бы навыков не потребовали от них новые теории, исследования будут продолжаться и вглубь вещества, и вовне. Мы будем с нетерпением ждать информации об открытии новых законов жизни, которых еще немало скрыто во Вселенной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Когда я впервые увидела сообщения немецких СМИ о моих исследованиях и о моей книге «Закрученные пассажи», меня удивило постоянное присутствие в текстах словосочетания «край Вселенной». Оказалось, что эта фраза, на первый взгляд случайная, объясняется очень просто: так переводит мою фамилию на немецкий язык компьютер [64] .

Тем не менее мы действительно стоим в определенном смысле на краю Вселенной — как на малых масштабах, так и на больших. Ученые экспериментально исследовали расстояния, начиная с 10^{– 17} см, что соответствует масштабу слабого взаимодействия, до 10³⁰ см (размер Вселенной). Мы не можем заранее сказать, на какие масштабы в будущем придется очередной сдвиг парадигмы, но многие ученые сейчас внимательно следят за масштабом слабого взаимодействия, экспериментальное исследование которого начинают с помощью БАКа и других инструментов поиска скрытой массы. В то же время продолжается теоретическая работа по исследованию масштабов энергий — от энергии слабого взаимодействия до энергии Планка и далее к еще более крупным масштабам. Таким образом мы пытаемся заполнить пробелы в наших представлениях о мире. Наивно думать, что мы все уже знаем. Впереди нас почти наверняка ждут новые открытия.

64

По–немецки Rand означает «край» или «грань», а All— «Вселенная». —Прим. авт.

Современная наука во временной перспективе — всего лишь миг по историческим меркам. Но успехи технологий и математики позволили нам за 300 с небольшим лет — начиная с XVII в. — пройти громадный путь и приблизиться к пониманию окружающего мира.

В этой книге рассказывается о том, как специалисты по физике высоких энергий и космологи определяют направление исследований и как сочетание теории и эксперимента помогает пролить свет на некоторые глубокие и фундаментальные вопросы. Теория Большого взрыва описывает нынешнее расширение Вселенной, но оставляет открытыми вопросы о природе темной энергии и скрытой массы. Стандартная модель предсказывает взаимодействия элементарных частиц, но оставляет нерешенным вопрос о том, почему эти частицы обладают именно такими свойствами. Может быть, скрытая масса и бозон Хиггса уже совсем рядом, а может быть, вот–вот будут обнаружены новые симметрии пространства–времени и новые пространственные измерения. Не исключено, что нам повезет и мы сможем ответить на эти вопросы в самом ближайшем будущем. Или не в ближайшем, если нужные частицы окажутся слишком тяжелыми или слабо взаимодействующими. Есть только один способ узнать: нужно поставить вопрос и заняться поисками ответа.