Физики ищут ключи к Богу
Полный беспорядок
- Виктор Анатольевич, несколько лет назад в одном из своих интервью вы сказали буквально следующее: «Создается впечатление, что все работы привели к критической точке в развитии представлений о Вселенной».
Вам вторит и нобелевский лауреат Дэвид Гросс. По его мнению, «физика переживает период полного беспорядка». Есть ли надежда, что эксперименты на БАКе позволят навести «полный порядок»?
- По крайней мере мы наведем порядок в сотнях различных теорий, появившихся в последние годы. Образно говоря, БАК должен вбить верстовой столб, указав, какая из конкурирующих идей указывает движение в правильном направлении. Далее можно ожидать наступления новой эры в понимании происхождения и эволюции Вселенной, законов, действующих в микромире фундаментальных взаимодействий.
- Физики не скрывают, что по сути БАК - это огромный микроскоп стоимостью 10 млрд долларов. И построен он для того, чтобы найти микроскопическую частицу Хиггса, которую физики сначала хотели назвать «проклятой» за ее неуловимость, но, передумав, окрестили «божественной». Не слишком ли дорого обходится научное любопытство?
- Нисколько. Полет на Луну обойдется дороже. А частица - точнее, поле Хиггса - стоит таких денег. Оно - это «поле чудес» -словно море, заполняет все пространство мироздания, наделяет массой другие частицы и держит мир в равновесии. Не найдем его - так и не поймем до конца, как устроена Вселенная.
- Питер Хиггс сделал открытие на кончике пера. Как его теперь попробуют на зуб?
- Для этого хиггсовское «море» надо взбудоражить, бросив в него камушек. То есть устроить микроскопическую модель Большого взрыва, чтобы появились «круги» на поверхности. Вот эта «рябь» и будет частицей Хиггса, которая невольно выдаст присутствие безмолвного и пугающего своей таинственностью поля, пронизывающего все и вся.
Представить, как работает хиггсовский механизм, можно на простом примере. Возьмите кусок пенопласта и покрошите его на стол. Получатся маленькие пенопластовые шарики - аналоги элементарных частиц, которые будут очень легкими. Если мы подуем на них, то они разлетятся. Теперь аккуратно нальем на стол воды, покрошим сверху пенопласт и снова слегка подуем. Мы увидим, что шарики разбегаются, но уже неохотно. Если бы мы не видели воду, нам бы казалось, что они стали как бы вялыми или тяжелыми. Эта пассивность возникает из-за того, что частицам при движении приходится продираться сквозь воду, которая в этой аналогии играет роль вакуумного хиггсовского поля. Если же мы подуем на воду без пенопластовых шариков, то по ее поверхности побежит «рябь» - это будет аналог хиггсовских бозонов.
Опасная игра в бильярд
- Говорят, что черные дыры, хоть и микроскопические, все же могут появиться при столкновении частиц в коллайдере. Не проедят ли они Землю насквозь, как моль?
- А протоны, летящие со скоростью света, сталкиваются в космосе лоб в лоб, так же, как в ускорителе?
- Конечно.
- И каждый раз возникает некое подобие Большого взрыва?
- Да, если сталкиваются два ядра или даже протон с ядром достаточно высоких энергий.
- И ничего страшного не происходит?
- Для окружающего мира ничего, а для ученых происходит много страшно интересного. Так, до сих пор у науки не было возможности непосредственно в лаборатории изучить то экстремальное состояние материи, которое мы называем условно кварк-глюонной плазмой.
- Когда через год в коллайдере устроят Большой взрыв, не взлетим на воздух?
- Большой взрыв, породивший 15 миллиардов лет назад нашу Вселенную, был несравненно сильнее, чем тот, что может произойти у нас. А взрыв нам нужен, чтобы обнаружить новые свойства состояния материи, которыми она обладала в самые первые мгновения появления Вселенной, когда состояла из так называемой кварк-глюонной плазмы. Ее мы и ожидаем после того, как столкнутся ускоренные протоны или ядра.
- Если окажется, что никакой «божественной» частицы нет, значит, протоны гоняли напрасно?
- Конечно, нет, хотя сегодня физики действительно мучаются вопросом: а если ничего не будет? Есть даже известные ученые, которые шутят: «Шляпу свою съем, если эту частицу обнаружат!» Многие заключают пари. Но нулевых результатов в науке не бывает. Не поймаем злополучную частицу - найдем другие интересные явления. Это все равно что идти по пустыне к линии горизонта, желая заглянуть за край света, а в итоге открываешь, что Земля круглая.
Да пребудет с нами «универсальная единая сила»
- Виктор Анатольевич, если опыты на БАКе пройдут успешно и, кроме хиггсовского бозона, ученые откроют и другие новые «земли», то физику придется переписывать заново?
- Возможно, что-то и надо будет изменить. Вообще все эксперименты в области физики элементарных частиц либо подтверждали теоретические предсказания модели, либо требовали ее постоянного исправления. Так, например, в 1974 году нобелевский лауреат по физике Сэмюэл Тинг открыл новую элементарную частицу - «очарованный кварк», благодаря которому пришлось переписать всю теорию электрослабых взаимодействий. В последнее время появились и новые фундаментальные теории строения мироздания, например, «Теория суперструн», в которой изучаются не точечные элементарные частицы, а протяженные объекты - ультрамикроскопические струны. Эта модель мира предполагает равноправное сосуществование огромного множества различных вселенных, а не только той, в которой мы существуем.
- Что было, когда ничего не было?
- БАК пока вряд ли сможет ответить на этот вопрос. Но существует много красивых теорий. Мне более близка «Теория большого объединения», согласно которой до Большого взрыва все известные нам взаимодействия в природе - электромагнитные, слабые и сильные ядерные, гравитационные - были объединены. И до сих пор являются проявлением «универсальной единой силы». Если бы это удалось доказать экспериментально, то картина устройства мира упростилась бы до предела. Вся материя состояла бы лишь из кварков и электронов или иных, еще более мелких составляющих их частиц, и между всеми этими частицами действовали бы силы единой природы. И многие физики, сторонники этой теории, утверждают, что чем глубже они идут в исследовании материи, тем больше сталкиваются с неожиданным поведением частиц, на которое, по их мнению, влияет эта «единая сила». Может, она и была тем бикфордовым шнуром, который породил сначала взрыв, а потом все мироздание.
Кто загрузил мозги
- Все больше углубляясь внутрь атома, можно наткнуться на Бога или Вселенский разум?
- Однажды сын моего коллеги, крупного ученого, спросил у отца: «Так есть Бог или нет?» На что мой коллега ответил: «А истина есть?» Сын в замешательстве ответил: «Абсолютной нет». Отец парирует: «Но понятие-то есть. А есть справедливость?» Сын: «Нет». Отец: «Правильно, есть лишь стремление к ней». Также и с вопросом о Создателе - вроде его нет, но понятие есть».
Я думаю, что Бог если есть, то в другом. Мне как физику до сих пор непонятно, кто и для чего наделил человека такими удивительными способностями, как любопытство и воображение. Ну скажите, зачем гомо сапиенсу, который по космическим меркам проживет всего-то мгновения, задаваться бесполезными с точки зрения быта вопросами: как устроена Вселенная, как работает наш мозг или что происходит внутри клетки? В поисках законов природы мы сами вступаем в роль Творца, потому что пытаемся силой мысли представить схему макрокосма: любой Творец должен с этого начинать. Но нет объяснения тому, как можно вообразить то, чего никогда не видел.
|
- Может, вся картина мира виртуально уже с рождения заложена у нас в мозгу? И дело только в умении правильно расшифровать этот «черный ящик» у нас на шее?
- Вслед за Эйнштейном я могу повторить его известный афоризм «Господь Бог не играет в кости!». В природе нет случайностей, она управляется по строго определенным законам. Поэтому волей-неволей напрашиваются совсем ненаучные выводы. Значит, кто-то уже изначально придумал законы, которые мы открываем, смоделировал мир, который мы пытаемся познать, и загрузил наш мозг всей необходимой информацией, как компьютер - программами, чтобы мы не были простым «железом». Мы, конечно, пытаемся подражать Создателю, хотя, по правде, ищем к нему ключи.
СПРАВКА «КП»
Большой адронный коллайдер (БАК) построен Европейским центром ядерных исследований на деньги более чем двадцати стран. Представляет собой гигантский подземный бублик окружностью 27 км. Проложен под территориями Швейцарии и Франции. Охлажден почти до абсолютного нуля. В трубе пучки протонов разгоняются фактически до скорости света и сталкиваются друг с другом.
ЛИЧНОЕ ДЕЛО
Виктор МАТВЕЕВ, академик РАН, доктор физико-математических наук, профессор. Родился 11 декабря 1941 года в г. Тайга Красноярского края. Окончил Ленинградский государственный университет, Физико-технический институт им. Иоффе. Работал в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна), в теоретическом отделе Национальной лаборатории США им. Ферми (Батавия, штат Иллинойс), с 1987 года по настоящее время - директор ИЯИ РАН.
Какие изменения могут появиться в учебниках по физике
ЧТО ФИЗИКИ ЗНАЮТ СЕГОДНЯ
Открыты сотни элементарных частиц, среди которых основными являются электроны и кварки и три их «поколения», где некоторые «потомки» носят такие загадочные имена, как «прелестный», «очарованный», «странный». Кроме того, физики разделили «родственничков» основных частиц по «ароматам» и «цветам».
Вселенная всего на 5 процентов заполнена теми известными частицами - нейтронами, протонами и электронами, образующими барионную материю, - из которых состоят Земля и все видимые нами космические объекты.
Физики знают, что в микромире есть вещество и антивещество. Например, электрон и антиэлектрон с одинаковыми свойствами и массой имеют противоположные заряды. Считается, что «близнецов» образовалось равное количество сразу после Большого взрыва. Но в макромире, то есть на Земле, в космосе все создано только из вещества.
Теоретически в идеальном мире материя не должна была бы иметь массу. Если отвлечься от того, что мы видим в природе, и попытаться с чистого листа написать теорию элементарных частиц, то большинство из них не будет иметь никакой массы. Все элементарные частицы в теории будут летать со скоростью света и не будут обладать никаким весом. Но ведь у обычного вещества масса есть, это без всякой физики видно.
ЧТО НОВОГО ПРЕДПОЛАГАЮТ ОТКРЫТЬ
Еще сотни новых элементов. Может оказаться, что у каждой частицы, которую мы знаем, найдется своеобразный суперпартнер. Например, у электрона появится суперсимметричный электрон. Или все надеются, что мы столкнемся с новым типом элементов - более тяжелыми, которые раньше не могли наблюдать.
Состав неизвестного вещества, которым заполнено 95 процентов Вселенной. Сейчас его называют «темной материей». Есть гипотезы, что это могут быть крупные космические тела, которые практически невидимы. Но иногда проявляют себя, искривляя траекторию лучей света, находясь в гравитационном поле звезды. Физики предполагают, что «темная материя» состоит из более тяжелых частиц, чем известные сегодня.
Есть надежда обнаружить антивещество, из которого бы состояли космические тела. Понять, почему в природе частиц сохранилось до сегодняшнего дня больше, чем античастиц. Найти, где прячется антиматерия во Вселенной.
Для объяснения этого парадокса и была придумана теория «поля Хиггса», в котором элементарные частицы плавают, как в море, и за счет взаимодействия с «водой» - полем - становятся массивными. Также может быть получен ответ на вопрос: откуда же взялась гравитация?
ИТОГО
Ученые еще в 1970-х годах создали так называемую Стандартную модель, которая до сегодняшнего дня довольно точно объясняла многие принципы мироздания и возникновения Вселенной. Но вся эта красивая теория может рухнуть, если физики-ядерщики не поймают «частицу Бога», предсказанную лишь в теории.
ПЕСНЯ В ТЕМУ
Марш студентов-физиков
Слова В. ВЫСОЦКОГО
Тропы еще в антимир не протоптаны,
Но, как на фронте, держись ты!
Бомбардируем мы ядра протонами,
Значит, мы - антиллеристы.
Нам тайны нераскрытые раскрыть пора,
Лежат без пользы тайны, как в копилке.
Мы тайны эти с корнем вырвем у ядра,
На волю пустим джинна из бутылки.
Тесно сплотились коварные атомы,
Ну-ка попробуй прорвись ты!
Живо по коням - в погоню за квантами!
Значит, мы - квантолеристы.
Пусть не поймаешь нейтрино за бороду
И не посадишь в пробирку,
Было бы здорово, чтоб Понтекорво*
Взял его крепче за шкирку!
Жидкие, твердые, газообразные -
Просто, понятно, вольготно!
А с этой плазмой дойдешь до маразма -
И это довольно почетно.
Молодо - зелено! Древность - в историю!
Дряхлость - в архивах пылиться!
Даешь эту общую, эту теорию,
Элементарных частиц нам!
–––––––––––––––––
* Понтекорво Бруно Максимович - академик АН СССР с 1964 года. Специалист по замедлению нейтронов и их захвату атомными ядрами, нейтринной физике, слабым взаимодействиям, ядерной изомерии, астрофизике. Умер в Дубне в 1993 году.
