Радость познания
Шрифт:
Если вас интересуют основные принципы устройства физического мира или завершенная картина мира, то в настоящий момент наш единственный путь познания связан с умозаключениями, основанными на математическом аппарате. Не думаю, что человек без знания математики сможет сегодня полностью или хотя бы частично оценить специфику особенностей мира, чрезвычайно глубокую универсальность законов, взаимосвязь явлений. Я не знаю никакого другого пути… мы не знаем другого способа точного описания мира… или способа увидеть его внутренние взаимосвязи без математики. Полагаю, что человек, не разработавший некоторой математической процедуры, не способен оценить эту сторону мира. Не поймите меня неправильно — существует множество сторон мира, где математика не нужна, например, любовь, оценка которой восхитительна и тонка, это чувство внушает трепет и благоговение. Я не имею в виду, что в жизни есть только одна вещь — физика, но мы беседуем о физике, и коль скоро мы говорим о ней, то незнание математики ведет к жестким ограничениям в понимании мира.
Сокрушительные атомы
Понимаете, то, над чем я работаю в физике именно сейчас, — это очень важная задача, в которой мы столкнулись с трудностями; попробую описать ее. Вы знаете,
Испускаются не только пионы, но и другие частицы — и мы придумываем им имена, пока они не иссякнут, — каоны и сигма, лямбда и прочие. Все они теперь называются адронами, и, если увеличивать энергию реакции, вы получите все больше и больше частиц, до сотен различных частиц; проблема, в период от 1940–1950 годов и до наших дней, без сомнения, состояла в том, чтобы найти заложенную в их основе структуру. Казалось бы, среди этих частиц должно существовать множество интереснейших связей и структур, пока теория не нашла объяснения их строения, — все эти частицы состоят из чего-то еще — и это что-то мы назвали кварками. Например, три кварка образуют протон, а протон — одна из частиц ядра; другая частица ядра — нейтрон. Существуют несколько кварков — сначала фактически были нужны только три кварка, чтобы объяснить все разнообразие сотен частиц, эти три различных кварка назвали кварками u-типа, d-типа и s-типа. Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка, а нейтрон — из двух d-кварков и одного u-кварка. Если бы кварки двигались внутри различными путями, они представляли бы некоторую другую частицу. Тогда возникает вопрос: каково точное поведение кварков и что удерживает их вместе? Теория предположительно очень проста, очень близка аналогия с квантовой электродинамикой — не полностью, но очень похожа — кварки подобны электрону, а частицы, названные глюонами, которые курсируют между кварками, заставляя их притягиваться друг к другу, подобны фотону, который тоже путешествует между электронами, создавая электромагнитные силы. И математика здесь очень похожа, но содержит несколько немного отличающихся членов. Разгаданное различие в форме уравнений привело к разгадке принципов такой красоты и простоты, что их никак нельзя считать случайными, они очень и очень определенные. Пока не выяснено, сколько существует различных видов кварков [5] .
5
К настоящему моменту установлено и открыто экспериментально шесть кварков. — Примеч. пер.
Тут есть кардинальное отличие от электродинамики, в которой два электрона могут расходиться сколь угодно далеко, а когда они далеки друг от друга, то силы между ними, в сущности, становятся совсем ничтожными. Если бы это было справедливо для кварков, то мы ожидали бы, что, когда достаточно сильно ударяешь по какой-либо ядерной частице (адрону), должны испускаться кварки. Однако вместо этого, когда проводятся эксперименты при энергии, достаточной для вылета кварков, вы обнаруживаете большую струю — иначе говоря, много частиц, идущих в том же направлении, что и первоначальные адроны, но в струе нет кварков — и это требование теории: когда вылетают кварки, они образуют что-то вроде новых пар кварков, они входят в состав маленьких групп кварков, представляющих адроны.
Вопрос, почему существуют такие отличия от электродинамики, как работает это малое различие в математических формулах, эти малые члены, которые незначительно изменяют уравнения, но приводят к таким различающимся эффектам, к полностью иным эффектам? То, что происходит в реальности, было действительно удивительным для большинства ученых, и первое, что приходит в голову, что теория неправильна. Но чем больше ею занимались, тем яснее становилось, что, по-видимому, виной всему оказываются именно эти дополнительные члены, приводящие к таким различающимся эффектам. Теперь мы полагаем, что физика претерпевает кардинальные изменения. Мы имеем теорию, полную и вполне определенную теорию всех этих адронов, и у нас есть огромное количество экспериментальных данных с кучей подробностей — почему же мы не можем немедленно проверить теорию, обнаружить, правильна она или нет? Потому что нам нужно вычислить следствия теории. Если теория верна, что должно произойти и как это произойдет? В данный момент трудность заключается в первом шаге. Математика, необходимая для разгадывания следствий теории, в настоящее время непреодолимо сложна. В настоящее время — да! И поэтому очевидно, какова моя задача. Моя задача — попытаться разработать способ доведения теории до числа, тщательно ее проверить, не просто качественно, а увидеть, может ли она привести к правильным результатам.
Я потратил несколько лет, пытаясь изобрести математические трюки, которые позволили бы мне решить уравнения, но я, в общем, ничего не добился, и тогда я решил, что для начала должен представить себе, как может выглядеть решение. Трудно объяснить это доходчиво, но перед тем как оценить идею количественно, я должен уяснить качественный принцип, как работает явление. Иначе говоря, люди не понимали даже, как работает идея в грубом приближении. Я работал в последнее время, в последние год-два, над осмыслением того, как приблизительно работает теория, пока не количественно, надеясь, что в будущем это приближенное понимание сможет перерасти в точный математический аппарат, способ или алгоритм для перехода от теории к частицам. Понимаете, мы находимся в забавном положении: не то чтобы мы ищем теорию, мы ее получили — очень хорошего кандидата на роль теории, — мы находимся на той ступени, когда нам необходимо сравнить теорию с экспериментом, увидеть, какие появятся следствия и проверить исходную теорию. Мы зациклились на следствиях; тем не менее моя цель, мое страстное желание — понять, смогу ли я разработать адекватный способ решения задачи, чтобы понять, каковы следствия этой теории (СМЕЕТСЯ).Это один из видов сумасшествия — иметь теорию, из которой не можешь найти следствий… Я не могу этого перенести, я должен все понять. Может быть, когда-нибудь…
«Пусть это сделает Джордж»
Чтобы сделать настоящую, действительно хорошую работу в физике, абсолютно необходимо иметь много времени, чтобы запомнить те смутные и труднодоступные идеи, которые приходят тебе в голову, — это очень похоже на то, как строится карточный домик, где каждая карта стоит непрочно, и если вы забудете про одну из них, вся конструкция развалится. Вы не знаете, как это построить, и выстраиваете карты снова и снова — и если вы прерветесь, это все равно что забыть половину идей, то есть как карты соединялись прежде, чтобы выстроилась идея, — ваши карты символизируют различные части идеи. Главное, вы соединяете вместе головоломку, и получается башня, но легко ошибиться, нужна огромная концентрация, то есть нужна масса времени для обдумывания, — правда, если вы работаете в административной сфере, вам не нужно так много времени. Если кто-нибудь попросит меня присутствовать на заседании приемной комиссии — ну уж нет, за это я не несу ответственности — и мне плевать на студентов — конечно, мне вовсе не наплевать на студентов, но я знаю, что кто-нибудь еще сделает это за меня, — я придерживаюсь точки зрения: «Пусть это сделает Джордж». Понимаете, вы не обязаны придерживаться этой точки зрения, поскольку она не совсем верна, но я поступаю так, поскольку мне нравится заниматься физикой, и я все-таки хочу кое-что сделать, поэтому я и эгоистичен. Я хочу заниматься физикой.
Скучающие на истории науки
Вот сидят студенты в аудитории, и вы спрашиваете, как мне удается хорошо преподавать? Должен ли я учить, исходя из истории науки или ее применения? Моя теория состоит в том, что наилучший способ обучения — не вдаваться в философию, она только приводит к хаосу и запутывает науку в том смысле, что вы используете каждый возможный способ что-то в ней сделать. Я вижу единственный способ ответа: когда ты продвигаешься вперед, надо взбудоражить этих парней или поймать их на различные крючки так, чтобы никому не было скучно — ни парню, которому интересна история и скучна абстрактная математика, а с другой стороны, парню, которому нравится абстракция и скучна история. Если ты сможешь сделать так, чтобы никому из них не было скучно, возможно, тогда ты чего-то стоишь. Я действительно не знаю, как это сделать. Я не знаю, как ответить на этот вопрос для людей с различным складом ума и различными пристрастиями — какими крючками их зацепить, чем заинтересовать, как управлять их интересами. Один способ — применить своего рода силу: ты должен пройти данный курс и сдать экзамен. Это очень эффективный путь. Многие таким образом проходят через школьное обучение, и, может быть, это наиболее эффективный путь. Прошу прощения, но после многих лет, когда я пытался учить и пытался применить различные методики, я и в самом деле не знаю, как это сделать.
Сын, похожий на отца
Когда я был маленьким мальчиком, я получал удовольствие от рассказов отца о сущности вещей, и я старался рассказывать своему сыну о распространенных в мире вещах. Когда он был совсем маленьким, укачивая его в постельке, мы рассказывали ему всевозможные истории, и я выдумывал сказки о «маленьком народце», который ютится где-то наверху. Они гуляют, ездят на пикники или что-то в этом роде, а живут они в вентиляторе; и эти маленькие люди пробегают через лес, полный больших, длинных и толстых синих чудищ наподобие деревьев, но без листьев, а с одними стволами, и они вынуждены передвигаться между ними и тому подобное. Постепенно он уловил, что это коврик, ворсовый коврик, синий коврик, и он любил эту игру, поскольку я мог описывать все окружающие вещи со своеобразной точки зрения, а ему нравилось слушать сказки, и мы описали кучу удивительных вещей. Он даже сунулся на прогулке в мокрую собачью ноздрю, где свистел ветер, всасывался холод и выдувалось тепло. И я таким образом смог рассказать ему о физиологии и о прочих вещах. Он любил все это, и я рассказывал ему массу всяких штуковин, и сам получал от этого удовольствие, поскольку рассказывал ему о вещах, которые сам любил, и мы оба веселились, когда он угадывал, что это значит. А потом у меня появилась дочь, и я пытался сделать то же самое, но у нее был совсем другой характер, она не хотела слушать мои истории, она хотела слушать то, что ей читали и перечитывали из книг. Она просила меня почитать ей, а не выдумывать всяческие истории — совсем другая индивидуальность. И поэтому, если мы говорим о наилучшем методе обучения детей науке, я должен сказать, что истории о «маленьком народце» не сработали в случае моей дочери и сработали по случайным причинам с моим сыном. Вы понимаете меня?
«Наука, которая вовсе не наука…»
Несмотря на прогресс в науке, параллельно с ней существует в некотором роде и псевдонаука. Социология служит примером науки, которая таковой не является.
Она трактует явления не с научной точки зрения. В социологии следуют формальностям — вы собираете даты, делаете то-то и то-то, но не получаете никаких законов и не можете добраться до истины. К тому же в этой науке пока нет никаких результатов — может быть, они появятся когда-нибудь в будущем, — эта область плохо разработана, даже если что-то случится на мировом уровне. Здесь мы имеем знатоков на все случаи жизни, которые считают себя научными экспертами. Так называемые научные эксперты просто сидят за пишущими машинками и выдумывают всякую чушь вроде того, что пища, выращенная на органических удобрениях, полезнее, чем на неорганических; может, это и правда, а может — и нет, и нет способа доказать это утверждение. Но они будут сидеть за своими пишущими машинками и комплектовать всю эту ерунду, как будто это наука, а они эксперты по продуктам, органическим, удобрениям и прочим вещам. Каких только вымыслов и псевдонаук не существует на свете!