Читать книгу Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь к частице Бога и Новая физика, которая изменит мир - Гвидо Тонелли - Страница 5

Мы относимся к необычному типу современных исследователей. Наша задача – понять, откуда взялась та чудесная материальная вселенная, которая нас окружает и частью которой являемся и мы сами. Мы те, кого люди называют учеными, мы – члены отряда специального назначения, отправленного человечеством на разведку с целью понять, как же функционирует природа. Мы – обладатели гибкого и любознательного ума, лишенные предрассудков, готовые к любым неожиданностям и понимающие, что втиснуть мир в наши ментальные категории можно только путем освобождения от остатков здравого смысла и освоения совершенно незнакомых территорий. На рубежах познания ты оказываешься в одиночестве и можешь полагаться только на интуицию поэтов и пророчества безумцев. Они (как и мы) не боятся бродить среди неизвестности. Этим‑то мне и близки такие отчаянные личности, любящие риск и бесстрашно направляющие свой разум к границе с неведомым, – дабы точнее понять и себя, и тот мир, который нас окружает. Мы с ними подобны канатоходцам, идущим вперед без страховки.

Я всегда говорю это своим студентам в первый же день наших занятий. Я хочу, чтобы у них не оставалось даже тех незначительных иллюзий, которые пока еще сохранились. Все то, о чем рассказывает нам современная физика, и то, что она позволяет нам постигнуть, – не более чем незначительная толика реальности. Материя, буквально вся материя: круассаны с кремом и море, деревья и звезды, галактики и межзвездный газ, черные дыры и реликтовое излучение – одним словом, все то, о чем можно было строить гипотезы или даже наблюдать напрямую с помощью мощнейших телескопов и других современнейших научных инструментов, – составляет не более чем 5 % Вселенной. Остальные 95 % – нечто совершенно неизвестное.

Века исследований и интеллектуальных усилий, прогремевшие концептуальные революции (вроде квантовой механики и общей теории относительности), повсеместное укоренение чувства собственного всемогущества, связанного с появлением все более и более изощренных технологий… но в конечном счете в гигантском океане неведомого мы можем распоряжаться лишь несколькими каплями познания. К ним‑то и сводится вся современная наука.

В этом заключается особая прелесть того, чем мы занимаемся. Забавно, что многие думают, будто мы, ученые, все знаем. Каждый раз, когда я слышу подобное, мне бывает трудно сдержать улыбку и я старательно пытаюсь объяснить собеседнику, насколько осторожны должны мы быть в своих утверждениях. Нам известна вся опасность ошибок, и потому мы со вниманием относимся даже к мельчайшим деталям, не вписывающимся в общую картину.

Часто меня веселит изумление в глазах людей, которые слышат, что для ученого реальность – концепция конвенциональная и размытая, не поддающаяся строгому определению. Даже повседневность, в которой мы чувствуем себя привычно и уверенно, куда более сложна, чем может показаться на первый взгляд. Вот, например, хорошо знакомый предмет – чайная ложка, которой мы размешиваем сахар в чашечке с кофе. Думаю, все примут меня за сумасшедшего, если я признаюсь, что, будучи физиком, не понимаю, что именно мы называем чайной ложкой. Ведь пытаясь точно описать ее, я с неизбежностью натолкнусь на серьезные трудности. Чайная ложка представляет собой огромное количество атомов, сцепленных друг с другом остаточными электромагнитными связями и организованных в макроскопическую структуру, в которой можно увидеть мириады отдельных микроскопических слоев. Она – непрерывное кипение глюонов и кварков, тех самых частиц, которые мы создаем в своих ускорителях, погруженных в непрерывный и хаотический поток электронов. При этом ее атомы колеблются и вращаются, молекулы испаряются, а в металле появляются примеси; свет излучается и поглощается на различных длинах волн; вся ложка участвует в гравитационном и электромагнитном взаимодействии со всей остальной Вселенной. Очень трудно примирить это со здравым смыслом, подразумевающим фразы типа “чайная ложка – это всего лишь чайная ложка”, “это кусок металла, которому придана такая форма, чтобы с его помощью можно было донести до рта глоток напитка”. Практически невозможно убедить себя в том, что ты, даже если двигаешься очень быстро, никогда не сможешь дважды взять в руки одну и ту же ложку, и что ты никогда не сможешь быть уверенным в том, что ложка, лежащая на блюдце, в точности та же самая, которую ты только что опускал в кофе, хотя эти два момента и разделяет всего лишь мгновение.

А что уж тогда говорить о звездном небе, на которое смотрит каждый из нас, к примеру, в ночь на святого Лаврентия, желая увидеть там падающую звезду! Небо влюбленных, небо малышей, которые возводят свои взоры к рою звезд Млечного пути и – поколение за поколением – повторяют один и тот же вопрос, адресованный дедушке или бабушке, вопрос, заданный мне моей внучкой Еленой, когда ей было четыре года: что такое все эти светящиеся точки на небе?

Это хороший вопрос, заключающий в себе реальность звездного неба. То, что мы видим, это совсем не просто! Это игра накладывающихся друг на друга световых сигналов, которые приходят от звезд, расположенных на самых разных расстояниях друг от друга, и встречаются в наших глазах. Квантовая физика объяснила нам, что свет состоит из крошечных невидимых порций энергии, названных фотонами. Их скорость – то есть скорость света – хотя и колоссальна, но не бесконечна. Когда мы смотрим на звезды, находящиеся очень далеко от нас, фотоны, попадающие на сетчатку и регистрируемые ее светочувствительными клетками, проделывают свой путь многие годы; некоторые из них находятся так далеко, что фотонам могут понадобиться тысячи лет. Образ звезды, который реконструирует наш мозг, строится в данный конкретный момент из тех частиц света, который она испустила тысячи лет назад. Никто не может гарантировать, что за это время звезда не сместилась на миллиарды километров или вообще не прекратила свое существование, озарив небеса вспышкой сверхновой. Каждую ночь у нас над головой разворачивается синхронное представление множества событий, отделенных друг от друга тысячами лет. И, задумавшись об этом, мы вдруг понимаем, что наблюдаемое нами не существует, – или, по крайней мере, не существует в том виде, в каком оно явлено нам. Звездное небо, воссоздаваемое в нашем мозгу – это почти произвольное представление реальности, о котором мы знаем, что оно зависит от места, времени и инструментов, помогающих нам проводить наблюдение.

Фотоны, путешествующие от далеких звезд, таких, например, как звезда Садр в созвездии Лебедя, стартовали еще в те времена, когда Римская империя только начинала шататься под ударами варваров[4]. А фотоны от супергиганта V762 в созвездии Кассиопеи были испущены в эпоху обледенения, когда Европу покрывал слой льда в сотни метров толщиной. А слабые лучи света от Туманности Андромеды, ближайшей к нам галактики, которую можно увидеть в ночном небе невооруженным глазом, начали свой путь еще тогда, когда в ущельях Олдувай в Африке новая и очень странная раса обезьян принялась осваивать просторы саванны.

И это мы еще не упоминаем того, что невозможно увидеть глазами, – например, микроволновый фон реликтового излучения (эхо Большого взрыва), проникающий всюду во Вселенной, или вездесущую темную материю, которая словно бы заключила в свои объятья огромные скопления галактик. Электронные глаза, при помощи которых мы осматриваем небо – будь то большие телескопы на земле или же телескопы, установленные на спутниках, – дают нам совсем иные картины звездного неба, в совершенно других диапазонах длин волн, гораздо более богатые деталями и несравнимые с теми бедными изображениями, что могут воссоздать наши глаза при их скромной светочувствительности. Видимый спектр, хорошо знакомый каждому по раскинувшейся над землей радуге, занимает лишь узкую полоску частот в существующем неохватном диапазоне разнообразных электромагнитных излучений. Они подразделяются (с ростом частоты или, соответственно, с уменьшением длины волны) на радиоволны, микроволновое излучение, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолет, рентген и гамма-лучи.

Небесный свод, каким он нам является, – настоящая машина времени! Но это не удивляет никого из людей. Никто не таращит в изумлении глаза, глядя на это чудо, повторяющееся каждую ночь, как это бы наверняка случилось, если бы мы, проезжая долину в Доломитах, слева заметили мирно пасущихся коров, в центре – Одоакра, ведущего орду герулов на Равенну, чтобы навсегда покончить с Западной Римской империей, а справа, на огромном леднике, – группу наших предков в шкурах, преследующих одного из последних мамонтов.

Так что реальность сильно отличается от того, что мы видим; она намного сложнее, чем мы можем себе представить, и наука с трудом отвечает даже на самый простой из тех вопросов, что человечество задает со времен своего младенчества: откуда это все взялось?

Первая трудность зиждется на том факте, что Вселенная, в которой мы живем сегодня, сильно отличается от той, которая дала начало всему. Нам повезло оказаться в теплом и уютном уголке космоса – места в целом исключительно холодного. Средняя температура во Вселенной приблизительно –270 °C, то есть она всего несколькими градусами выше абсолютного нуля, минимального возможного значения температуры. Но в момент своего рождения Вселенная, напротив, была раскалена значительно сильнее, чем мы можем себе представить: она была настолько горяча и взвихрена, что до сих пор не удалось установить значение ее температуры.

Мы также знаем, что Вселенная уже очень стара. Самые последние данные позволяют оценить ее возраст в 13,8 млрд лет. И разве можно надеяться понять ее происхождение, просто наблюдая холодную и старую материю, нас окружающую? В ранней Вселенной условия, создаваемые экстремальными температурами, были совсем иными, и поэтому сейчас нам трудно понять, что именно творилось тогда.

Но, с другой стороны, у нас нет выбора. Если мы хотим постичь происхождение материи и до конца понять ее свойства, нам надо ухитриться добраться до тех самых первых мгновений. Это колоссальный интеллектуальный вызов, однако на кону стоит познание мира!

В начале всего была незначительная флуктуация вакуума. Банальная, незаметная квантовая флуктуация, одна из многих – из тех, что с неизбежностью случаются в микромире. Но эта конкретная флуктуация все‑таки отличалась от других – у нее была одна особенность, открывшая ей дорогу к чему‑то совершенно новому: вместо того чтобы сразу схлопнуться, как это происходило с неисчислимым числом прочих флуктуаций, она с немыслимой скоростью раздулась, и из нее родилась материальная Вселенная гигантских размеров… а за рождением последовала и эволюция. Если нам удастся понять эти первые мгновения жизни новорожденной вселенной, мы почти наверняка поймем, что с ней станется потом.

Вот для чего был построен Большой адронный коллайдер – особое место, где людям лучше всего удалось воссоздать условия первых мгновений жизни Вселенной и где ищутся ответы на важные вопросы, касающиеся того, что нас окружает и о чем мы пока знаем так мало.