Стивен Вайнберг - Мечты об окончательной теории: Физика в поисках самых фундаментальных законов природы

• Название: Мечты об окончательной теории: Физика в поисках самых фундаментальных законов природы
• Автор: Стивен Вайнберг
• Издательство: Едиториал УРСС
• Жанр: Физика
• Год: 2004
• ISBN: 5-354-00526-4

В своей книге «Мечты об окончательной теории» Стивен Вайнберг – Нобелевский лауреат по физике – описывает поиск единой фундаментальной теории природы, которая для объяснения всего разнообразия явлений микро– и макромира не нуждалась бы в дополнительных принципах, не следующих из нее самой. Электромагнитные силы и радиоактивный распад, удержание кварков внутри нуклонов и разлет галактик – все это, как стремятся показать физики и математики, лишь разные проявления единого фундаментального закона.

Вайнберг дает ответ на интригующие вопросы: Почему каждая попытка объяснить законы природы указывает на необходимость нового, более глубокого анализа? Почему самые лучшие теории не только логичны, но и красивы? Как повлияет окончательная теория на наше философское мировоззрение?

Ясно и доступно Вайнберг излагает путь, который привел физиков от теории относительности и квантовой механики к теории суперструн и осознанию того, что наша Вселенная, быть может, сосуществует рядом с другими вселенными.

Книга написана удивительно живым и образным языком, насыщена афоризмами и остроумными эпизодами. Она распахивает читателю двери в новый мир и помогает понять то, с чем он там встретится.

---

ССК также вызвал противодействие тех, кто подозревал, что решение президента Рейгана о его строительстве относилось к тому же типу, что и поддержка проекта противоракетных систем в рамках «звездных войн» и проекта космической станции – этакий бездумный энтузиазм по поводу любого нового большого инженерного проекта. С другой стороны мне кажется, что противодействие ССК у многих коренится и в столь же бездумном отвращении к любому новому большому технологическому проекту. Журналисты регулярно смешивали в одну кучу ССК вместе с космической станцией как ужасные примеры большой науки, несмотря на то, что космическая станция вообще не относится к научным проектам. Противопоставление большой науки и малой науки – хороший способ избежать необходимости обдумывать ценность отдельных проектов.

Определенная важная поддержка проекта ССК была высказана теми, кто рассматривал этот проект, как своего рода индустриальную теплицу, которая ускорит прогресс различных важнейших технологий: криогеники, создания магнитов, работы компьютеров он-лайн и т.п. ССК представлял бы также интеллектуальный ресурс, который мог бы помочь нашей стране увеличить число исключительно одаренных специалистов. Без ССК мы потеряем поколение физиков – специалистов в области физики высоких энергий, которым придется заниматься своими исследованиями в Европе или Японии. Даже те, кто не задумываются об открытиях, сделанных этими физиками, могут понять, что такое сообщество представляет сокровищницу научных талантов, хорошо послуживших нашей стране, начиная с Манхеттенского проекта в прошлом, и заканчивая нынешними исследованиями по параллельному программированию суперкомпьютеров.

Это хорошие и важные доводы для членов конгресса в пользу поддержки проекта ССК, но они не трогают сердце физика. Наше настойчивое желание увидеть ССК завершенным связано с ощущением, что без этого нам, возможно, не удастся продолжить великое интеллектуальное приключение – поиск окончательных законов природы.

* * *

Поздней осенью 1991 г. я отправился в округ Эллис, чтобы посмотреть на место строительства ССК. Как и в большей части этого района Техаса, земля представляла собой слегка холмистую равнину с бесчисленным числом речушек, вдоль которых стояли трехгранные тополя. В это время года земля выглядела некрасиво: главная часть урожая была уже собрана, и поля подготовленные для озимой пшеницы выглядели как сплошная грязь. Только в отдельных местах, где сбор урожая задержался из-за недавних дождей, поля еще белели от хлопка. В небе патрулировали орлы в надежде схватить собирающую колоски мышь. Это не ковбойская страна. В поле я увидел кучку сгрудившихся черных коров и одну белую лошадь. Стада, которые заполняют скотопригонные дворы Форт Уорта, главным образом гонят с ранчо, находящихся далеко на северо-запад от округа Эллис. По дороге к будущему городку ССК хорошие федеральные шоссе типа ферма-рынок постепенно переходят в немощеные окружные дороги, мало чем отличающиеся от грязных дорог, служивших местным хлопководам еще сто лет назад.

Я понял, что доехал до того участка, который был куплен штатом Техас для городка ССК, когда стал встречать забитые досками фермерские дома, ожидающие сноса или перевозки. Примерно в миле к северу можно было увидеть грандиозное новое здание корпуса разработки магнитов. Затем, за молодой дубовой рощицей я увидел высокую буровую установку, которую привезли с нефтяных месторождений на берегу Мексиканского залива, с целью пробурить пробный тоннель шириной 5 м на глубину 80 м до основания остинского мелового отложения. Я подобрал кусочек мела, который добыл бур, и подумал о Томасе Хаксли.

Несмотря на продолжающееся строительство всех зданий и бурение тоннеля, я знал, что финансирование проекта может быть прекращено. Мысленно я мог представить себе, как будут засыпать пробные тоннели и опустеет здание магнитного корпуса, и только у нескольких фермеров останутся постепенно слабеющие воспоминания об огромной научной лаборатории, которую планировали построить в округе Эллис. Возможно, что я находился под влиянием викторианского оптимизма Хаксли, но я не мог поверить, что это случится, или что поиск окончательных законов природы в наши дни будет прекращен.

Никто не может сказать, с помощью какого ускорителя мы сделаем последний шаг к окончательной теории. Я твердо знаю, что эти машины являются необходимым звеном в исторической цепочке великих научных приборов: от сегодняшних ускорителей в Брукхевене, ЦЕРНе, ДЕЗИ, Фермилабе, КЕК и СЛАК к циклотрону Лоуренса, катодной трубке Томсона и еще дальше вглубь времен к спектроскопу Фраунгофера и телескопу Галилея. Будут ли открыты окончательные законы при нашей жизни или нет, все равно замечательно, что мы продолжаем традицию подвергать природу экзамену, вновь и вновь спрашивая, почему все устроено так, как оно есть.

Послесловие ко второму изданию книги. Суперколлайдер один год спустя

Как раз тогда, когда второе издание этой книги ушло в печать в октябре 1993 г., палата представителей проголосовала за прекращение программы строительства Сверхпроводящего суперколлайдера. Хотя в прошлом после таких голосований программу удавалось спасти, похоже, на этот раз решение окончательное. Несомненно, что в ближайшие годы политологи и историки науки не останутся без работы, анализируя это решение, но думаю, что мои комментарии по поводу того, как и почему это случилось, не будут выглядеть слишком поспешными.

24 июня 1993 г. палата представителей повторила свое решение 1992 г. и проголосовала за изъятие финансирования ССК из законопроекта по финансированию энергетики и гидроэнергетики. Это решение не уменьшало финансирование энергетики и не предусматривало увеличение поддержки других областей науки. Просто те суммы, которые предназначались для ССК, стали доступными для поддержки других энергетических проектов. Теперь спасти лабораторию могло только положительное голосование в сенате.

И снова физики из всех уголков США забросили свои письменные столы и лаборатории и собрались летом в Вашингтоне, чтобы лоббировать проект строительства ССК. Театральной кульминацией борьбы за выживание ССК стали дебаты в сенате 29 и 30 сентября 1993 г. Наблюдая за дебатами, я испытывал сюрреалистические ощущения, слушая, как сенаторы в своих выступлениях спорят о существовании хиггсовских бозонов и цитируют в подкрепление своих слов эту книгу. Наконец, 30 сентября сенат 57 голосами против 42 решил продолжить финансирование ССК в полном объеме ($ 640 млн) в соответствии с запросом администрации. Это решение было затем поддержано согласительной комиссией палаты представителей и сената, однако 19 октября палата почти двумя третями голосов отклонила доклад согласительной комиссии и вернула закон о финансировании энергетики в комитет с инструкциями изъять из него финансирование ССК. После этого комитет на своем заседании решил остановить проект.

Почему это произошло? Очевидно, что речь не шла о каких-то трудностях, с которыми столкнулась программа ССК. За тот год, который прошел с момента написания этой книги, под поверхностью округа Эллис в остинских меловых отложениях уже было пройдено 25 км главного туннеля. Завершено здание и частично установлено оборудование линейного ускорителя, первого из серии ускорителей, которые должны разогнать протоны перед началом их пути внутри Суперколлайдера. Завершена работа над 570-метровым туннелем для бустера низких энергий, который должен ускорять поступившие из линейного ускорителя протоны до энергии 12 ГэВ прежде чем запустить их в бустер средних энергий. (По современным стандартам такие энергии кажутся маленькими, но когда я начинал свою работу в физике, энергия 12 ГэВ была недоступна ни одной лаборатории мира.) В Луизиане, Техасе и Вирджинии были построены заводы для массового производства магнитов, которые должны отклонять и фокусировать протоны во время их полета внутри трех бустеров и основного 83-километрового кольца. Рядом с лабораторией разработки магнитов, которую я посетил в 1991 г., появились другие строения – лаборатория тестирования магнитов, лаборатория тестирования ускорительных систем и здание, в котором должны были помещаться огромные холодильные установки и компрессоры для жидкого гелия, необходимого для охлаждения сверхпроводящих магнитов основного кольца. Одна экспериментальная программа – плод труда более тысячи квалифицированных ученых из двадцати четырех стран – была предварительно одобрена, другая близка к завершению.

Не произошло и никаких открытий в области физики элементарных частиц, которые ослабили бы доводы в пользу строительства ССК. Мы все еще безуспешно пытаемся выйти за рамки стандартной модели. Без ССК единственной надеждой остается то, что физики Европы продвинутся вперед со своими проектами и построят аналогичный ускоритель.