Нужны ли физикам ускорители?

Утонченный ум, живший в эпоху Архимеда, основательно изучив современную физику, убедился бы, что для него непостижимо, каким образом кто-либо смеет именовать наукой эти варварские, гротескные и путаные воззрения и считать их неизбежными следствиями очевидных фактов.

Освальд Шпенглер. «Закат Европы»

С античных времен физика занята поиском элементов, из которых складывается все мироздание. Древние греки верили, что начало всему — «атомы и пустота». Все в нашем мире, убеждал Демокрит, возникает вследствие столкновений и слияний этих атомов или же распада их коалиций.

Идея «основы основ» («первочастицы», «атома») постепенно нашла приверженцев и среди ученых нового времени.

Впоследствии обнаружилось, что атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Картина мира усложнялась. Ученые начали открывать все новые элементарные частицы. Назрела потребность свести все их обилие к нескольким крохотным и неделимым элементам.

В 1964 году это сделал американский физик Марри Гелл-Ман, постулировав понятие «кварка». Поначалу он полагал, что достаточно трех кварков: «up», «down» и «strange». Из них — как в конструкторе «Лего», — очевидно, сложены все известные науке частицы: и те, что таятся внутри атомов, и те, что лишь на миг оставляют свой след в пузырьковой камере.

Итак, первоэлементы мира найдены и посчитаны — пусть лишь теоретически. Как бы не так! Радость ученых длилась недолго. Теперь — «общей простоты ради» — они стали множить сущности, лежавшие в основе мироздания. Уже в 1965 году всем кваркам приписали свой «цвет», то бишь определенное квантовое число, их характеризующее. Однако и этого было недостаточно. В «зоопарке частиц» появились новые постояльцы: кварки, именованные «charmant», «bottom» и «top».

Можно подвести баланс. У нас есть шесть кварков, каждый из которых предстает в трех различных «цветах». Значит, всего разновидностей кварков: 6 х 3 = 18. Вот как! Сводя мироздание к нескольким простейшим элементам, мы получили 18 частиц, составляющих суть всего мира. Не много ли? Вдобавок, у этой пестрой толпы частиц есть свои античастицы, окрашенные в «антицвета».

Ученые конструируют новые теории, согласно которым кварки состоят из других, более мелких частиц — из преонов, сомонов и хромонов. А те, в свою очередь, могут состоять из других, более мелких частиц. А те, в свою очередь… За одной «скорлупой», словно в сказочном сюжете, немедленно вырастает другая. Тайна жизни мироздания, как тайна жизни Кощея, спрятана в кварке, кварк — в протоне, протон — в ядре, ядро — в атоме, атом — в каждом из нас, но что спрятано в кварке? Не придется ли ученым «взламывать» все новые частицы, силясь добраться до сути вещей?

Сейчас все внимание физиков обращено к кварк-глюонной плазме — необычному состоянию материи, существовавшему лишь в первые 10 микросекунд после Большого Взрыва. Эксперименты с ней ведутся в Швейцарии, в лаборатории ЦЕРН, и в США, в Брукхейвенской национальной лаборатории.

Физики, работающие в ЦЕРН, по всей видимости, сумели впервые получить это новое состояние материи. Во время пребывания в нем во Вселенной царили такие высокие температуры, что атомные ядра просто не могли возникнуть: триллион градусов! Это в десятки тысяч раз больше температуры, зафиксированной в центре Солнца.

Существование кварк-глюонной плазмы еще десятилетия назад было предсказано Стандартной моделью материи. Согласно этой модели, нейтроны и протоны состоят из кварков, слепленных с помощью глюонов. Глюоны — частицы, которые осуществляют взаимодействие между кварками, а оно является самым сильным из всех фундаментальных взаимодействий.

Сейчас в природе не существует свободных кварков. Все они стали компонентами каких-либо элементарных частиц. Как правило, те составлены из двух или трех кварков, которые могут высвободиться лишь при экстремально высоких температурах. Вот тогда вместе с глюонами они и образуют особую смесь, которую именуют кварк-глюонной плазмой.

Эта странная конструкция, установленная близ лаборатории Ферми, символизирует стремление физиков к идеальной симметрии

На страницах журнала «Сайенс» метко было замечено: кварк-глюонная плазма стала «новой увлекательной игрушкой физиков», ради которой они готовы забыть обо всем. Не похоже ли их увлечение на странную страсть средневековых ученых, решивших отыскать «философский камень»? В самом деле, в маниакальном желании теоретиков разложить все существующие ныне частицы на кварки есть что-то от давно забытого намерения алхимиков превратить все химические элементы в золото.

Современная теоретическая физика становится «вещью в себе». Здесь затевают один грандиозный эксперимент ради другого. Подобные опыты оставляют огромную брешь в «святая святых» любой страны — в ее бюджете. Вот небольшой дебет эксперимента в Брукхейвенской лаборатории. Новый ускоритель обошелся в 600 миллионов долларов. Главные детекторы, регистрирующие частицы в хаосе треков, стоили по 100 миллионов долларов каждый. Стоимость суперкомпьютеров, помогавших обрабатывать полученные результаты, – около семи миллионов долларов.

Вправе ли мы расходовать столько времени, сил и средств на эту полюбившуюся «игрушку», в то время как нас одолевает множество других серьезных проблем? Быть может, разумнее потратить деньги на что-то иное? (В скобках заметим, что российские власти в решении этой проблемы оказались «впереди планеты всей». В последнее десятилетие они оставили теоретическую науку без всякой поддержки, обрекая ее на гибель, а ученых — на эмиграцию. Что ж, и впрямь все больше российских физиков, участвуя в грандиозных экспериментах за рубежом, постепенно «подрывают экономику западных стран».)

Однако опустим политические резоны, отстаивать которые, как и любое мнение большинства, дело ошибочное. Наука всегда заслуживает больше времени, сил и средств, чем мы способны ей дать. Вопрос в другом. Почему любая идея, любой каприз физика-теоретика должны быть непременно реализованы на практике?

Современная физика, «ортодоксально» интерпретируя квантовую механику и теорию кварков, создала своего рода катехизис, нарушить который — значит превратиться в «еретика» со всеми вытекающими отсюда последствиями и опасностями. Недаром иные скептики говорят, что физика все более напоминает католическую церковь, повелевающую всеми мирскими науками. В ней есть свои кардиналы (исследователи элементарных частиц, знатоки теории относительности, приверженцы «теории струны»), есть свои папы, рассылающие грозные буллы (издатели авторитетных научно-популярных журналов). Есть и вероотступники, коих отлучают от церкви за взгляды, отличные от общих, и уничтожают, пресекая впредь любые попытки проникнуть в науку. В последние десятилетия физики воздвигли даже собственные соборы: гигантские ускорители.

В свое время средневековые схоласты гадали, сколько ангелов может пуститься в пляс на острие иглы. Перефразируя их гипотезы, лауреат Нобелевской премии по физике Леон Ледерман сказал, что «Бог скрывается на острие протонового луча». Разница лишь в том, что ученые средних веков удовлетворяли свою потребность в гипотетических исчислениях почти бесплатно; в наше же время поиск исходного принципа мироздания поглощает миллионы долларов, а проку — что в перечне ангелов, что в череде кварков и иже с ними — никакого нет и не предвидится.

Подобные сомнения одолевают даже одного из открывателей top-кварка Ханса Грассмана. Пытаясь разрубить сей гордиев узел современной науки, он как-то сказал, что все ускорители надо попросту закрыть. Иначе теоретическая физика превратится в алхимию наших дней.

Александр Волков