Методические материалы, статьи

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»



Есть разные способы искать истину. Изобретатели и философы, «взявшиеся не объяснять, а переделывать мир», одержимы желанием обрести светлое будущее, а значит, сотворить его, невольно превращаясь в «человекобога». Теоретики, докапываясь до истоков и пытаясь найти первопричину в сумбуре явлений, ищут путь к начальному акту Творения. Устремляясь от атома к протону, от протона к кварку, они стараются узреть тот первый кирпичик мироздания, что «вылепил Господь Бог». А если это иллюзия и подобным путем можно двигаться до бесконечности, дробя частицы на распадающиеся части?

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



См. также:
Что такое магистерская диссертация?
ПРОЕКТ
осуществляется
при поддержке

Окружной ресурсный центр информационных технологий (ОРЦИТ) СЗОУО г. Москвы Академия повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования (АПКиППРО) АСКОН - разработчик САПР КОМПАС-3D. Группа компаний. Коломенский государственный педагогический институт (КГПИ) Информационные технологии в образовании. Международная конференция-выставка Издательский дом "СОЛОН-Пресс" Отраслевой фонд алгоритмов и программ ФГНУ "Государственный координационный центр информационных технологий" Еженедельник Издательского дома "1 сентября"  "Информатика" Московский  институт открытого образования (МИОО) Московский городской педагогический университет (МГПУ)
ГЛАВНАЯ
Участие вовсех направлениях олимпиады бесплатное

Номинант Примии Рунета 2007

Всероссийский Интернет-педсовет - 2005