Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Мир, полный демонов наука – как свеча во тьме
.pdf
Максвелл и ботаны ˙ 471
теорию относительности Эйнштейна, E=mc2, и привела к другим ценным открытиям. Эксперименты, приуготовившие теорию относительности, убедительно опровергли идею эфира — среды, в которой распространяются электромагнитные
волны (об этом Эйнштейн писал в знаменитой статье, отрывок из которой я привожу в главе 2). Волны распространяются
сами по себе. Переменное электрическое поле порождает магнитное поле, переменное магнитное поле порождает электрическое. Так и поддерживают друг друга — в пустоте.
Многих физиков отмена «светоносного» эфира повергла
в панику. Им требовалась какая-то механическая модель, чтобы объяснить, приблизить к пониманию, рационализировать
эту странную мысль — распространение световых волн в вакууме. Эфир служил подпоркой, помогая осваивать области, где
привычный нам здравый смысл перестает действовать. Вот
как пишет об этом физик Ричард Фейнман:
Ныне мы яснее понимаем, что важны сами уравнения,
а не положенная в их основу модель. Мы вправе задавать
один лишь вопрос: верны эти уравнения или нет. Ответ нам
дают эксперименты, а уравнения Максвелла подтверждены
бесчисленными экспериментами. Даже убрав леса, кото-
рые понадобились Максвеллу, чтобы выстроить это здание,
мы убедимся, что дивная постройка вполне способна сто-
ять сама по себе.
Но что же такое эти переменные магнитные и электрические поля, охватывающие все пространство? Что значат эти
и ? Нам куда ближе представление о вещах, соприкасающихся, толкающихся, тянущих друг друга, чем о каких-то полях,
которые будто по волшебству двигают предметы на расстоянии, и уж вовсе чужды обычному разумению математические
абстракции. Фейнман, однако, напоминает: бытовое восприятие «солидных физических реалий» — берешь, скажем, кухонный нож в руку и держишь — с физической точки зрения ошибочно. Что мы подразумеваем под физическим контактом?
Что на самом деле происходит, когда берешь в руки нож, тол-
472 ˙ Мир, полный демонов
каешь качели, давишь на водяной матрас, и по нему пробегают
волны? Глубинное исследование показывает, что физического
контакта в привычном смысле слова нет: электрические заряды в руке влияют на электрические заряды рукояти ножа, качелей, водяного матраса, и это влияние взаимно. Вопреки повседневному опыту и здравому смыслу даже тут речь идет исключительно о взаимодействии электрических полей. Напрямую
ничто ни с чем не соприкасается.
Никто из ученых не пускается в свой нелегкий путь, одержимый страстью побороть здравый смысл и заменить его какиминибудь математическими абстракциями, понятными лишь
парочке теоретиков. Нет, ученые люди, как и все, начинают
со стандартных, подсказанных здравым смыслом и удобных
представлений. Вот только природа не желает подстраиваться
под наше удобство. И как только мы перестаем требовать, чтобы природа вела себя как полагается, а вместо этого с открытым и непредвзятым разумом всмотримся в природу, выяснится, что наш «здравый смысл» тут неприменим. Почему? Потому
что наши представления о природе — и унаследованные, и благоприобретенные — складывались в те миллионы лет, когда
наши предки были собирателями и охотниками. Они могли
положиться на здравый смысл, ибо жизнь собирателей и охотников никак не зависит от теории переменных электрических
и магнитных полей. За незнание уравнений Максвелла эволюция наказаний не предусматривала. В наше время все обстоит
по-другому.
Уравнения Максвелла показывают, что быстро меняющееся электрическое поле (большое ) порождает электромагнитные волны. В 1888 г. немецкий физик Генрих Герц провел эксперимент и обнаружил новый вид излучения — радиоволны.
Семь лет спустя кембриджским ученым удалось передать
радиосигнал за километр. В 1901 г. итальянец Маркони уже
общался с помощью радиоволн с другим берегом Атлантического океана.
Экономическими, культурными, политическими связями,
которые пронизывают весь современный мир, от радиовышки
Максвелл и ботаны ˙ 473
к радиовышке, а также радиорелейными линиями и спутниками связи мы обязаны гениальному решению Максвелла:
включить в уравнения для вакуума ток смещения. Отсюда же
родом и телевидение, с его не всегда удачными наставлениями
и развлечениями, и радар, сыгравший решающую роль в Битве за Британию
79
и в конечном поражении нацистов (тот мальчик-ботан, не вписывавшийся в свою среду, дотянулся в будущее и спас потомков своих насмешливых одноклассников).
Отсюда же — навигационная система самолетов, кораблей
и ракет, радиоастрономия и поиски внеземного разума, всевозможные применения электричества, микроэлектроника.
Более того, разработанная Фарадеем и Максвеллом теория
поля оказала огромное влияние на концепцию атомного ядра,
на квантовую механику и представление о тонкой структуре
материи. Объединив электричество, магнетизм и свет во взаимосвязанных математических уравнениях, Максвелл вдохновил физиков на дальнейшие поиски единства физического мира
в целом. Отчасти эти усилия объединить все силы, в том числе
гравитацию и ядерные взаимодействия, оказались успешными,
отчасти еще только начинаются. Максвелла с полным правом
можно именовать родоначальником физики новой эры.
Современные представления о безмолвном мире, где работают просчитанные Максвеллом вектора переменного электрического и магнитного поля, Ричард Фейнман подытоживает в следующих словах:
Попытаемся вообразить, как выглядят электрическое и маг-
нитное поле в данный момент, в пространстве этого лекци-
онного зала. Прежде всего, здесь действует постоянное маг-
нитное поле, происходящее от потоков внутри Земли. Это
постоянное магнитное поле Земли. Далее нерегулярные,
почти статичные электрические поля, порождаемые трени-
ем людей о сидения, соприкосновением рукавов с подлокот-
никами кресел.
Другие магнитные поля возникают из-за колеблющих-
ся токов в электропроводке. Эти поля изменяются с часто-
474 ˙ Мир, полный демонов
той 60 циклов в секунду синхронно с генератором на электростанции на плотине Гувера. Интереснее электрические
и магнитные поля, меняющиеся с гораздо большей частотой. Например, пока луч света проходит от окна до пола
и от стены к стене, на его пути возникают крошечные электрические и магнитные поля, движущиеся со скоростью
300 000 км / с. Существует также инфракрасное излучение —
от теплых тел к холодной доске. И не будем забывать ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и радиоволны — все
они проходят сквозь эту комнату.
Через помещение проходят электромагнитные волны,
несущие музыку джаз-банда. Другие волны, модулируемые
цепочкой импульсов, передают картины событий, которые происходят в других частях света, или демонстрируют,
как воображаемая таблетка аспирина растворяется в воображаемом желудке. Чтобы доказать реальность этих волн,
всего-то и требуется — включить электронное оборудование, которое превратит их в картины и звуки.
Если мы углубимся в детали, пытаясь анализировать малей-
шие колебания, то вспомним и о малюсеньких электромагнитных волнах, которые доносятся к нам с огромного расстояния.
Сейчас тут имеются, например, маленькие всплески, гребни
которых разделены десятками сантиметров, а явились они,
преодолев миллионы километров, с борта космического корабля «Маринер», который только что прошел мимо Венеры. Эти
сигналы передают информацию о планетах (информацию,
которая, в свою очередь, получена из электромагнитных волн,
движущихся от планет к космическому кораблю).
И есть совсем незаметные электрические и магнитные поля,
порожденные волнами, которые возникли миллиарды лет тому
назад в дальних галактиках, в неведомых уголках Вселенной.
Мы установили это, «заполнив пространство прослушкой» —
построив антенны величиной с этот зал. С их помощью были
обнаружены радиоволны из тех районов Вселенной, которые недоступны для крупнейшего оптического телескопа.
Максвелл и ботаны ˙ 475
Да и функция оптических телескопов сводится все к тому же
улавливанию электромагнитных волн. «Звезды» — экстраполяция той единственной физической реальности, с который мы
соприкасаемся: мы вычисляем их, тщательно изучая сложнейшие колебания электрических и магнитных полей, достигающих Земли.
И список можно продолжить: поля, порожденные ударившей в десятках километров от нас молнией, поля заряженных
космических частиц, проносящихся через комнату, и многое,
многое другое. Какая сложная штука — окружающее нас электрическое поле!
Если бы королева Виктория созвала своих советников
и министров и распорядилась срочно изобрести радио и телевидение, едва ли кто-нибудь из них мог бы предугадать, какой
путь поведет от открытий Ампера, Био
80
, Эрстеда и Фарадея,
четырех векторных уравнений и решения сохранить ток замещения в вакууме. Полагаю, в 1860 г. проект «Вестминстер»
не осуществился бы. А тем временем, сам по себе, руководствуясь лишь любопытством и почти ни гроша не стоя властям, ботан набрасывал свои формулы и даже не догадывался, к какому технологическому прорыву они приведут. Застенчивый, не умеющий вести себя в обществе мистер Максвелл
вряд ли замахнулся бы на «общественно полезные» изобретения, а решись он, правительство разъяснило бы ему,
над чем следует работать, а над чем не стоит, и не помогло бы
его исследованиям, а сорвало бы их.
Но под конец жизни Максвелл и впрямь удостоился аудиен-
ции у королевы Виктории.
Он готовился к этой встрече с большим волнением, прикидывал, как объяснить научные загадки непосвященному,
но королева не слишком-то заинтересовалась, и аудиенция
вскоре закончилась. Максвелл так и не удостоился рыцарского звания, как и четверо других его великих современников —
Майкл Фарадей, Чарльз Дарвин, Поль Дирак
82
Крик
Эддингтону
. Лайелю83 Кельвину84, Дж. Дж. Томсону85, Резерфорду86,
87
и Хойлу в этом отношении повезло больше. Макс-
81
и Фрэнсис
476 ˙ Мир, полный демонов
велла нельзя было даже упрекнуть в разногласиях с Англиканской церковью: он был полностью привержен тогдашнему традиционному христианству, многих даже превосходил набожностью. Наверное, все дело в том, что он — ботан.
Средства массовой информации, эти орудия просвещения
и развлечения, которые обязаны Джеймсу Клерку Максвеллу своим существованием, ни разу, насколько мне известно,
не запустили даже мини-сериала, посвященного жизни и деятельности их благодетеля. А попробуйте-ка вырасти в Америке и ничего не узнать о жизни и делах Дэви Крокетта
89
Кида
или Аль Капоне!
88
, Билли
Максвелл рано женился, но в этом браке не было детей,
вероятно, и любви особой не было: вся страсть Максвелла
сосредотачивалась на ученых занятиях. Этот пророк новой эпохи скончался в 1879 г., не дожив до 47 лет. Популярная культура
почти забыла его имя, но его увековечили астрономы, с помощью радара открывающие иные миры: его именем названа
высочайшая горная цепь на Венере. Обнаружили ее, посылая
с Земли радиоволны, которые отражаются от Венеры и порождают еле слышное эхо.
Не прошло и ста лет с тех пор, как Максвелл предсказал существование радиоволн, а мы уже начали поиск радиосигналов
от инопланетных цивилизаций. С тех пор мы провели немало поисков (кое о каких я уже рассказывал) в надежде обнаружить переменные электрические и магнитные поля, преодолевающие огромные межзвездные пространства. Их могли бы
посылать разумные существа, которые совершенно не похожи
на нас внешне и биологически, но и в их истории случился свой
Джеймс Клерк Максвелл.
В октябре 1992 г. в пустыне Мохаве и в Пуэрториканской
карс товой долине начались многообещающие, упорные, всеохватывающие поиски внеземного разума (проект SETI). Впервые такая программа организована и осуществляется NASA.
В течение десяти лет предстояло изучить весь небосвод: небы-
Максвелл и ботаны ˙ 477
валая доныне плотность проверки и чувствительность приборов. Если хоть с одной планеты, вращающейся вокруг любой
из 400 млрд звезд галактики Млечного пути, кто-нибудь посылает нам радио сигнал, у нас появился шанс услышать этот голос.
Но не прошло и года, как конгресс прекратил финансирование. Проект SETI — не первоочередной важности, не так
уж интересен, а денег съедает много. Но ведь каждая цивилизация в человеческой истории жертвовала часть своих ресурсов
на разгадку величайших тайн Вселенной, и трудно вообразить
более существенную тайну, чем вопрос, одиноки ли мы во Вселенной. Подобный сигнал — даже если мы никогда не сможем
расшифровать его содержание — раз и навсегда изменит наши
представления о Вселенной и о самих себе. А уж если бы мы
смогли разобрать послание технологически продвинутой цивилизации, то и практическую пользу получили бы неизмеримую. Проект SETI вовсе не был узкоспециальной программой,
он пользовался поддержкой и научного сообщества, и популярной культуры. Все были, по вполне понятным причинам, заинтересованы, очарованы этим поиском. И не такая уж дорогая
это затея — достаточно сократиться на один военный вертолет в год.
Если уж члены конгресса переживают за бюджет, почему бы
им не присмотреться к Министерству обороны: Советский
Союз канул в вечность, холодная война закончилась, а на оборону все еще уходит, с учетом всех статей, свыше $300 млрд
в год. (И немало других программ способствуют обогащению
тех же отраслей, которые и без того не бедствуют.) Вполне возможно, потомки, оглядываясь на наши времена, удивятся этой
нелепости: технологии позволяют нам найти другие цивилизации, а мы остаемся глухими и слепыми, потому что вбухиваем все средства в системы защиты от уже несуществующего противника*.
Дэвид Гудстейн, физик из Калифорнийского технологического, пришел к интересному выводу: веками научное знание
* Проект SETI ненадолго реанимировали за счет частных пожертвований
в 1995 г. — под весьма уместным названием «проект “Феникс”».
478 ˙ Мир, полный демонов
распространялось по экспоненте, и в дальнейшем такое развитие невозможно, иначе все жители планеты превратятся
в ученых, а тогда уж точно рост остановится. Дэвид считает,
что именно по этой причине, а не в силу какого-то фундаментального отвращения к науке, в последние десятилетия рост ее
финансирования ощутимо замедлился.
Но меня беспокоит также и распределение финансирования. Отказ от SETI вполне может оказаться тревожным симптомом общей тенденции. Правительство и раньше побуждало Национальный научный фонд заняться поддержкой технологий, инженерного дела, практического применения науки
вместо фундаментальных исследований. Конгресс предлагал
покончить со всеамериканскими геологическими изысканиями, урезать финансовую помощь тем, кто изучает хрупкую экологию Земли. Помощь NASA в новых исследованиях и анализе
уже полученных данных все более сокращается. Молодые ученые не то что не получают грантов — они уже и работу найти
не могут.
Замедлились в последние годы и промышленные исследования за счет американских корпораций. В тот же период и правительство решило сэкономить за счет исследований и внедрения открытий (в 1980-е гг. растут только расходы на военную науку и технику). Первое место по ежегодным расходам
на гражданскую науку и развитие технологий ныне занимает
Япония. В таких сферах, как компьютеры, телекоммуникации,
освоение воздушного пространства, роботехника и научная
аппаратура, США теряют свою долю экспорта, а японцы наращивают. Одновременно США проиграли состязание с Японией
по большинству полупроводниковых технологий, сократился
наш сегмент рынка цветных телевизоров и видеомагнитофонов, фонографов, телефонных аппаратов, станков.
Фундаментальное исследование предполагает возможность
удовлетворить любознательность ученых, свободно вопрошать
природу и не спешить с осуществлением конкретной практической цели, но искать знание ради знания. Разумеется, ученым именно этого и хочется. Это их любимое занятие, ради
Максвелл и ботаны ˙ 479
такой свободы следовать за своим «нюхом» многие и идут
в науку. Однако поддержать такие исследования — в интересах общества. На этом пути совершаются крупнейшие открытия во благо всего человечества. Стоит задуматься, не окажутся ли несколько крупных, амбициозных научных программ
более выгодным вложением, чем множество локальных.
Нам редко удаются умышленные открытия, полезные
для экономики или повышающие безопасность человеческого существования. Зачастую для таких открытий как раз
и не хватает фундаментальных знаний. Зато если мы занимаемся разнообразными исследованиями природы, тут-то и находятся всевозможные практические применения, о каких мы
и не мечтали. Не всегда, разумеется, но достаточно часто.
Давать деньги человеку вроде Максвелла — с виду глупо, это
значило бы поощрять «праздное любопытство» науки. Практически мыслящие законодатели такого не одобрят. Расточать
нацио нальные средства на гранты, чтобы эти ботаны с их никому непонятным сленгом предавались любимым хобби, а тем временем важнейшие государственные задачи останутся нерешенными?! В такой перспективе понятно, почему некоторые считают ученых еще одной группой давления, лобби, которое хочет
одного: побольше грантов, чтобы умникам не пришлось тяжко
трудиться или искать средства на пропитание.
Максвелл и думать не думал о радио, радаре и телевидении,
когда набрасывал фундаментальные уравнения электромагнетизма; Ньютон и не мечтал о космических полетах или спутниках связи, когда всматривался в движение Луны; Рентген
исследовал таинственное излучение — настолько странное,
что он именовал его Х-лучами, — не держа в уме возможности медицинской диагностики; Кюри не искала способ лечения
рака, когда по крупицам добывала радий из урановой руды;
Флеминг, едва завидев, что на плесени не размножаются бактерии, не сообразил сходу, что теперь-то он спасет миллионы
жизней антибиотиками; Уотсон и Крик не рассчитывали разобраться с генетическими недугами, когда ломали себе голову
над рентгеновской дифрактометрией ДНК; Роуленд и Молина,
480 ˙ Мир, полный демонов
когда начали изучать роль галогенов в фотохимии стратосферы, не знали, что придут к выводу: фреон губит озоновый слой.
Члены конгресса и другие политические лидеры время
от времени прямо-таки не могут удержаться и не пошутить
насчет диковинных научных фантазий, на которые у правительства еще и денег просят. Даже такой умный сенатор,
как Уильям Проксмайр, выпускник Гарварда, учредил премию
«Золотое руно» и награждал ею те научные проекты, которые
считал напрасной тратой денег, — этой участи не избежал
и проект SETI. Перенести бы такой подход на другие времена,
другие страны: «Золотое руно» мистеру Флемингу — додумался же изучать плесень на вонючем сыре. И той польке, которая перекопала тонны руды из Центральной Африки в поисках
вещества, светящегося в темноте. Не забудем и мистера Кеплера — он вслушивается в гармонию сфер.
Подобные открытия и множество других, облагодетельствовавших нашу эпоху, — да некоторым из них мы просто жизнью обязаны! — были сделаны учеными, которым предоставили возможность исследовать фундаментальные проблемы
Вселенной или то, что казалось наиважнейшим самим исследователям и их коллегам. Япония в последние два десятилетия находит великолепное применение — но чему? Выводам
из все тех же фундаментальных исследований, попыткам проникнуть в самую суть природы. Так мы приобретаем новое знание — и лишь потом ему находится практическое применение.
Со своей стороны, ученые обязаны, особенно когда запрашивают большие суммы, ясно и честно объяснить, за каким
знанием они гонятся. Суперпроводящий суперколлайдер (SSC)
стал бы главным на Земле прибором для исследования тонкой
структуры вещества и состояния ранней Вселенной. По оценкам, на него требовалось затратить от $10 млрд до $15 млрд.
Израсходовав $2 млрд, конгресс в 1993 г. прикрыл проект.
Ни нашим ни вашим. Но в данном случае, как я полагаю, зловещую роль сыграл не упадок интереса к науке. Просто вряд ли
кто в конгрессе понимал, зачем нужны высокоскоростные коллайдеры. В качестве оружия не годятся. Вообще никакой прак-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]