Стивен Вайнберг - Всё ещё неизвестная Вселенная. Мысли о физике, искусстве и кризисе науке

Кажется, нет никаких сомнений в том, что была открыта новая электрически нейтральная стабильная частица, но действительно ли это бозон Хиггса? Все свойства бозона Хиггса, за исключением его массы, были предсказаны теорией электрослабого взаимодействия в 1967–1968 гг., а поскольку масса новой частицы теперь измерена, мы можем рассчитать вероятности различных вариантов ее распада. На текущий момент в экспериментах наблюдалось лишь малое число вариантов распада, и, хотя новая частица вроде бы распадается как бозон Хиггса, для окончательного ответа требуются дополнительные исследования. Также, если новая частица — это бозон Хиггса, она должна вести себя как мяч при выполнении броска наклбол [89] Наклбол — один из способов подачи мяча, при котором мяч летит практически без вращения и в последний момент резко меняет траекторию, падая вниз. — Прим. пер. в бейсболе; в отличие от всех других известных элементарных частиц, у нее не должно быть спина. И это тоже требует проверки.

Считается, что предусмотрительный физик должен высказываться с осторожностью. Но я ждал открытия бозона Хиггса с 1967 г., и мне сложно теперь подвергать сомнению, что эта частица найдена.

Что в итоге? Даже если новая частица — бозон Хиггса, никто не собирается использовать ее для излечения болезней или усовершенствования технологий. Это открытие всего лишь заполняет брешь в нашем понимании законов природы, описывающих всю материю, и проливает свет на процессы, происходившие на ранней стадии Вселенной. Замечательно, что многие люди проявляют к этой области науки интерес и уважение, как к искусству, чем демонстрируют веру в нашу цивилизацию.

Конечно, не все испытывают подобные чувства, и есть люди, которым приходится задавать вопрос о том, стоит ли изучение законов природы миллиардов долларов, потраченных на строительство ускорителей частиц, таких как ускоритель в CERN. Этот вопрос неизбежно возникает снова и снова, поскольку Стандартная модель в ее современном виде, очевидно, еще не конец истории. Она не описывает гравитацию; она не объясняет, почему кварки, электроны и другие частицы имеют именно такие значения массы; и ни одна из частиц Стандартной модели не может представлять темную материю, на которую, по словам астрономов, приходится до 5/6 всей массы Вселенной. Можете не сомневаться, что физики снова будут просить свои правительства профинансировать создание установок, которые им потребуются для разрешения всех этих вопросов.

Подобного рода расходы можно обосновать даже перед лицом тех, кому нет дела до изучения законов природы. Исследование переднего края наших знаний о природе в некотором отношении напоминает войну — это раздвигает границы существующих технологий и зачастую приводит к появлению новых технологий, имеющих огромное практическое значение. Например, новая частица была получена на ускорителе в CERN в результате столкновений протонов, происходящих с частотой около сотни миллионов столкновений в секунду. Чтобы проанализировать такой огромный поток данных, генерируемый всеми этими столкновениями, требуются уникальные вычислительные мощности. Кроме того, до столкновений протоны в процессе многократного прохождения по 27-километровому туннелю ускоряются до энергий, в 3000 раз превышающих энергию, содержащуюся в их массе. Чтобы удержать частицы на их траекториях в процессе ускорения, требуются невероятно мощные сверхпроводящие магниты, охлаждаемые самым большим в мире источником жидкого гелия. Во время предыдущих проектов CERN ученые, занимающиеся физикой частиц, разработали метод обмена данными, который затем превратился в глобальную сеть интернет.

В отдаленной перспективе развитие технологий будет отражать связанную картину природы, которую мы сейчас собираем по кусочкам. В конце XIX в. английские физики изучали свойства электрических токов в сильно разреженной среде. И хотя это была чистая наука, не имевшая целью практическое применение, исследования привели к открытию электрона, без представлений о котором большая часть современных технологий не могла бы существовать. Если бы эти физики ограничивали себя работой, имеющей очевидную практическую ценность, они должны были бы изучать поведение паровых котлов.

Квантовая механика сегодня считается универсальным математическим средством, позволяющим нам понимать законы природы. Все физики пришли к согласию насчет того, как следует использовать квантовую механику, и ее применение позволило выполнить потрясающе успешные расчеты атомов, молекул, атомных ядер, элементарных частиц и многого другого. Вместе с тем в ней местами сохраняется противоречивость, прежде всего в том, что касается формулировки ее положений относительно измерений и вероятностей, а также их проверки.