С Смирнов: У пределов роста

Начнем с математики, которую не зря прозвали царицей наук: она лучше других умеет различать, что ей по силам, а что - нет. Еще в начале 20 века выяснилось, что абстрактный язык теории множеств (очень удобный для развиния математики) неполон и противоречив. К любой системе аксиом можно добавить еще одну (и даже не одну) аксиому - необходимую, потому что ее нельзя ни доказать, ни опровергнуть, исходя из ее предшественниц. Некогда Гаусс обнаружил этот факт в геометрии Евклида; потом Рассел встретил его в общей теории множеств, а в 1931 году Гедель доказал, что неполнота - обязательная черта достаточно богатой теории. То же самое - с непротиворечивостью любой абстрактной теории: ее нельзя ни доказать, ни опровергнуть, оставаясь в рамках этой теории (то есть, не вводя новых понятий или аксиом).

Такой вывод - все еще новинка для математиков; поэтому в 1966 году неопровержимость знаменитой континуум-гипотезы была увенчана на математическом конгрессе в Москве высшей наградой - медалью Филдса. Но вряд ли хоть один физик удивился этому открытию: ведь физики издавна работают с неполными или противоречивыми моделями Природы. Когда возникает нужда в новом понятии или аксиоме - их берут из опыта. Если бы не эксперименты

- кто из физиков смог бы догадаться о существовании электрона или о законе сохранения энергии ? Если сомневаешься в силе своего разума положись на Природу, она не подведет!

Спору нет: это удобная и полезная вера. Но эксперимент надо уметь поставить; это требует не только смекалки и труда, но зачастую больших денег. И чем важнее для науки заданный природе вопрос, тем дороже он обходится. В 1960-е годы только США, СССР и Европейское сообщество государств решаются вкладывать сотни миллионов долларов в постройку новых ускорителей элементарных частиц. И тут (как в полете на Луну) деньги оправдываются не научным интересом, а военной нуждой: вдруг в недрах протона обнаружится кладезь энергии, превосходящий возможности прочих атомных ядер ? Нельзя допустить, чтобы твой политический противник создал сверхбомбу, которой у тебя нет! Опыт ядерной гонки во второй мировой войне и ядерного шантажа после нее въелся в мозги всех политиков; теперь наряду с гонкой вооружений идет гонка ускорителей. Впрочем, вторая гонка пока обходится ее участникам раз в 50 дешевле...

Но 50 - не такое уж большое число, а аппетиты экспериментаторов быстро растут. Только что опыт на ускорителе в Брукхейвене показал, что протон не точечная частица, а имеет "зернистую" структуру. Что это за зернышки ? У теоретиков уже готова догадка: возможно, это кварки - загадочные частицы с дробным электрическим зарядом, недавно предсказанные Гелл-Манном из математических соображений ? Увы, эта гипотеза - не единственная; для установления истины нужны опыты на ускорителе с энергией раз в 10 больше, чем у нынешних. Кто бы дал на это деньги американским физикам, если бы не гонка вооружений между США и СССР ?

А так - деньги найдутся, ускорители будут построены, и существование кварков станет фактом. У физиков сразу возникнут новые вопросы. Сколько разных кварков в природе ? Почему они не наблюдаются в чистом виде, а лишь в составе сложных частиц? Какова связь между кварками и прочими элементарными частицами: электроном, мюоном, нейтрино, и так далее ? Наконец, являются ли сами кварки физическими точками, или у них тоже есть "потроха" ?

Ответ на каждый такой вопрос становится новой аксиомой физики; добыча этих аксиом требует новых экспериментов, все более дорогих. А гонка вооружений имеет свои пределы: ведь она разоряет всех участников. Кто-то первый не выдержит и сойдет с дистанции; что тогда делать его сопернику ?

Это выяснится в 1990-е годы, когда СССР развалится, а его преемники окажутся банкротами. Постройка новых ускорителей в США сразу прекратится, и физикам придется искать более хитрые (зато более дешевые) пути постижения неисчерпаемой Природы.

К счастью, не все эксперименты дороги и вытекают из запросов какой-то теории. Есть "затравочные" эксперименты, которые просты и дешевы, но дают неожиданные результаты и потому становятся источником новых теорий. К концу 1960-х годов немало таких экспериментов накопилось в пренебрегаемой именитыми учеными физике неравновесных систем. Понятно недоверие теоретиков к этим объектам: ведь их поведение почти невозможно прогнозировать, и обычно непонятно, как ими управлять.

Например, ячейки Бенара: это шестиугольная сетка, которая сама собою образуется при конвекции в масле, налитом на глубокую, подогреваемую снизу сковороду. Другой пример - циклическая реакция Белоусова, в которой почему-то долго не устанавливается равновесие; вместо этого концентрации веществ-реагентов медленно колеблются с большой амплитудой, подобно маятнику. Третий пример - странный аттрактор Лоренца: он впервые встретился среди решений метеорологических уравнений (что может быть неустойчивее погоды ?), но яснее всего он проявляется в излучении радиогенератора, мощность которого растет.