Книга Бытия. Общая история происхождения
Шрифт:
Галилеевская наука была так революционна не тем, что присвоила себе право защищать истину, а тем, что безустанно пыталась фальсифицировать собственные предсказания. В ее сердце надежда разом поколебать уверенность во всяком достигнутом знании, она то и дело поправляет сама себя, опираясь на результаты экспериментов; наконец, чтобы исследовать все более таинственные свойства материи и Вселенной, она переносит внимание на все более изощренные допущения, следствия которых собирается исследовать.
Этот подход, объединяющий терпение с осознанием цели, рождает новые представления, объясняющие какие-то неуловимые и кажущиеся на первый взгляд маргинальными явления. Таким образом, создание все более полной и сложной картины мира приводит к постижению в мельчайших деталях самых сокровенных природных явлений и разработке самых изощренных технологий.
Цена, которую приходится платить за то, чтобы следовать таким путем, – это необходимость пользоваться
И это не должно нас удивлять. Даже далекие путешествия по Земле требовали значительных усилий и специального оборудования. Только представьте себе экстремальные сплавы по рекам, или восхождения на Гималаи, или погружения в глубины океана. Почему научное исследование должно быть проще?
Всякому, кто хочет познать ценность физики, надо потратить годы непрестанных усилий, чтобы изучить теорию групп, дифференциальное исчисление, освоить аппарат теории относительности и квантовой механики, изучить теорию поля. Это все довольно сложно даже для тех, кто занимается такими вещами годами. Но языковой барьер, не позволяющий большинству людей проникнуть туда, где бьется сердце современных научных исследований, легко преодолеть. Обыденный язык вполне пригоден для того, чтобы объяснить ключевые понятия, а главное – для того, чтобы сделать доступной каждому ту новую картину мира, которую наука формирует прямо сейчас.
Опасное путешествие
Чтобы постичь происхождение нашей Вселенной, надо быть готовым предпринять исключительно рискованное путешествие. Опасность возникает оттого, что нам приходится погрузить свой ум в среду таких понятий, где наши привычные категории оказываются совершенно бесполезными. В результате нам приходится описывать неописуемое, воображать невообразимое, постигать себя всеми силами своего ума – нашего ума, ума сапиенс-сапиенсов, который оказался достаточно мощным инструментом для освоения и колонизации всей планеты, но обнаружил слабость, когда требовалось понять, что происходит в местах более удаленных. Но, как и у мореплавателей прошлого, у нас нет выбора: нам приходится поворачивать бушприт к отдаленной точке на горизонте и, вверив себя судьбе, пускаться в плавание по неизвестному океану. Так же и для нас в научном исследовании важнее всего возвращение в родную гавань. В этом нынешний исследователь более всего подобен Одиссею – где бы он ни был, он мечтает о том, как сойдет на берег Итаки. И даже если во время путешествия не удалось открыть какой-то новой земли или вообще все закончилось кораблекрушением, возвращение домой – это возможность рассказать другим морякам об опасных отмелях и неудачном выборе маршрута, которых им следует избегать.
Ибо современная наука – это предприятие прежде всего коллективное. У нас есть и теории, и карты, которыми можно руководствоваться, но случай нередко нас заводит в места совсем незнакомые. Наши “корабли” продуманы до мелочей, но достаточно упустить из виду хоть какую-то деталь, и крушение станет неизбежно. Тысячи пытливых умов превращают нашу команду в сообщество красочное и беспокойное. Современные исследователи терпеливы и любопытны, как и Одиссей, они быстры умом в изобретении новых стратагем для преодоления неожиданных препятствий.
И хотя в круг интересов нашего исследования попадают вопросы почти философские (из чего состоит материя? как образовалась Вселенная? каким будет конец нашего мира?), работа физика-экспериментатора – один из наиболее конкретных видов деятельности, какие только можно себе представить.
С физиком, занимающимся элементарными частицами, работают в одной команде еще десятки тысяч человек, они разбросаны по всему миру и поглощены изучением поведения мельчайших кусочков материи – никто из них не сидит за письменным столом, проводя расчеты, медитируя над теориями, придумывая новые частицы. Современный научный прибор для исследования в области физики высоких энергий – высотой с пятиэтажный дворец, весом как линкор и набит миллионами датчиков. Для того чтобы сконструировать и построить это чудо современной техники, требуются десятки лет совместной работы тысяч людей, относящихся к мелочам с параноидальным вниманием. Для того чтобы спустить на воду новое, еще более совершенное, быстрое и маневренное плавсредство для наших путешествий, которое заменит нынешнее, нужны годы: надо придумывать прототипы и, порой приходя в отчаяние, доводить их до рабочего
Два пути познания
Как накапливаются экспериментальные данные о рождении пространства-времени? Что позволяет ученым судить о первых вздохах новорожденной Вселенной? Здесь начинается новая игра, в которую можно вступить по одному из двух путей познания, совершенно несхожих между собой и абсолютно независимых.
На одной стороне оказываются те, кто изучает бесконечно малое, элементарные частицы. Исходной точкой для них служит то, что вся окружающая нас материя, из которой состоят камни и планеты, цветы и звезды – одним словом всё, включая нас самих, – по-особому организована. Хотя эта материя и кажется нам вполне обычной, в действительности она наделена очень странными свойствами: это связано с тем, что наша Вселенная очень старая и очень холодная. Как указывают самые последние данные, наш “дом” был построен почти четырнадцать миллиардов лет назад, и теперь это жилище по-настоящему ледяное, замороженное донельзя. Для нас, укрывшихся на планете Земля, все, что нас окружает, кажется теплым и комфортабельным, но стоит только выбраться за защитную оболочку атмосферы, и столбик термометра уйдет вниз. Если измерять температуру где-нибудь среди безбрежной пустоты между звездами или в межгалактическом пространстве, термометр покажет всего несколько градусов выше абсолютного нуля – около –270 градусов по Цельсию. Материя современной Вселенной разреженна, очень стара и очень холодна, она совсем не похожа на материю Вселенной в ее младенчестве – раскаленную и невероятно плотную.
Чтобы понять, что с ней случилось в самые первые мгновения ее жизни, необходимо где-то найти или как-то изобрести способ воссоздать для мельчайших частичек материи те исходные условия и температуры. Надо совершить что-то вроде путешествия назад во времени.
Именно это и делается с помощью ускорителей элементарных частиц. При столкновении протонов или электронов, разогнанных до высоких энергий, проявляет себя соотношение Эйнштейна: энергия равняется массе, умноженной на квадрат скорости света. Чем выше энергия сталкивающихся частиц, тем более высокая локальная температура может быть создана и тем больше масса возникающих в результате и оказывающихся доступными для изучения элементарных частиц. Для достижения максимальных энергий требуются гигантские сооружения вроде Большого адронного коллайдера, ускорителя ЦЕРН (Европейской организации по ядерным исследованиям), простирающегося на двадцать семь километров под землей в окрестностях Женевы.
Таким образом возникают крошечные раскаленные области пространства, с температурами, близкими к характерным для Вселенной в самые первые мгновения ее существования, и возвращаются к жизни реликтовые сверхмассивные элементарные частицы, наполнявшие Вселенную в ее первые мгновения, но давно уже навсегда исчезнувшие. Благодаря ускорителям эти частицы словно восстают на краткий миг из ледяного гроба, где пребывают в анабиозе, чтобы дать нам возможность изучить себя во всех подробностях. Нам удалось открыть бозон Хиггса, когда мы сумели вызвать к жизни после сна длиной почти в 13,8 миллиарда лет их жалкую горстку. Конечно, все эти с таким трудом обретенные бозоны немедленно распались на более легкие частицы, но они оставили безошибочно опознаваемые следы в наших детекторах. Фотографии этих особых распадов собирались, и в тот момент, когда у нас появилась полная уверенность, что следы новых частиц ясно различимы на общем фоне и что иные возможные источники ошибок приняты во внимание, мы объявили миру о своем открытии.
Исследование бесконечно малого, возвращение к жизни вымерших частиц, изучение экзотических, но обычных для новорожденной Вселенной состояний материи – это один из двух возможных путей к пониманию первых мгновений жизни пространства-времени. Второй путь – это супертелескопы, гигантские инструменты, исследующие бесконечно большое, изучающие звезды, галактики и скопления галактик, пытающиеся наблюдать Вселенную буквально целиком. И в этом случае следует помнить, что входящее в формулу Эйнштейна значение скорости света c, равное примерно тремстам тысячам километров в секунду, – конечно, хотя и очень велико. И поэтому, наблюдая очень удаленные объекты, галактики в миллиардах световых лет от нас, мы не можем видеть их такими, каковы они сейчас – нам даже трудно определить, что для них означает сейчас, – мы видим, какими они были миллиарды лет назад, когда излучили свет, достигший нас только теперь.