Польза от фундаментальной физики
Зачем нужна фундаментальная наука, в первую очередь, физика.
Вопрос не праздный. Им регулярно задаются политики во всех странах мира, а учёные поколение за поколением терпеливо им разъясняют. Кто-то в статьях, а кто-то, как Стивен Вайнберг, в книгах1. Дело в том, что исследования стоят денег. Чем дальше, тем больших2. Хочется каких-то обоснований для этих трат.
Но особенность фундаментальной науки в том, что она редко приносит непосредственную практическую пользу. Более того, мы не можем наперёд знать, будет ли выгода от того или иного исследования. Причём под «мы» я имею в виду не только нас или политиков, но и самих учёных: об их ошибках в предсказаниях ходит столько историй, что потянет на увесистый том. Достаточно вспомнить, что [сам / величайший / гениальный] Эйнштейн до конца жизни не принимал квантовую механику. В его заблуждении может убедиться каждый из нас - без этого раздела физики были бы невозможны, например, современные компьютеры. К сожалению, когда создавали Вселенную, забыли спросить не только нас, но и даже Эйнштейна с Ньютоном - поэтому наши эстетические предпочтения в дизайне этого мира учтены, скажем так, не полностью. Что отражено в ответе Нильса Бора на раздражённое эйнштейновское «Бог не играет в кости» - «Эйнштейн, не говорите Богу, что ему делать»3.
Фундаментальная физика - фронтир, граница неизведанного. Если бы мы знали, что там за гранью, мы могли бы попробовать угадать применение. Как происходит на уже «частично освоенной» территории. Например, нам всем очевидна практическая польза от высокотемпературных сверхпроводников. Или лекарств от ВИЧ. Но когда мы доходим до грани, мы не можем даже предположить, что за ней и в каком направлении нам исследовать дальше.
Однако не всё так безнадёжно.
Как мне кажется, у фундаментальной физики4, помимо «это же просто невероятно интересно», есть три главных практических пользы.
Во-первых, хотя фундаментальные исследования почти никогда не дают непосредственной отдачи, через какое-то время они «отливаются» в нечто, дающее колоссальную выгоду во множестве отраслей. Я мог бы привести много примеров, но достаточно двух. Первый: на эксперименты Попова с радиоволнами, Герц заявил, что он открыл эти волны, знает про них всё и они на практике бесполезны. Через несколько лет радиопередатчики были уже на множестве кораблей, и польза от них была неоценима5.
Второй пример: в 30-40-е годы были страны, которые инвестировали в скучную физику элементарных частиц, в эти непонятные уравнения Шрёдингера и атомы Бора. У некоторых из этих стран вскоре появилось атомное оружие, а потом и АЭС. А были страны, у которых нашлись дела поважнее. Они потом кусали локти и изыскивали способы всё-таки пробраться в «ядерный клуб». Ну и кто мог предсказать в начале века, что чтобы стать непобедимой в войне державой, надо бросить все силы на изучение радиоактивного распада? И сколько сейчас таких могущих перевернуть мир «скучных направлений» в разработке в научных лабораториях? Вы знаете? Я не знаю. И никто не знает. Поэтому приходится как-то отсекать самое на вид неперспективное и финансировать исследования с запасом, без оглядки на непосредственную отдачу.
Во-вторых, хотя непосредственной отдачи нет у самой фундаментальной физики, она вполне себе имеется от разработки исследовательского оборудования. Например, детекторы в МРТ родились когда-то как детекторы для ускорителей. Сверхпроводящие магниты для них тоже зародились в недрах научных лабораторий. Дело в том, что поскольку речь идёт о фронтире, то и технологии для его исследования должны быть на грани и за гранью. Мало на каком заводе капиталист будет инвестировать в штучные приборы, работающие на только вчера или сегодня утром открытых принципах. Такое просто слишком рискованно. Этим могут заниматься лишь в научных лабораториях. И уже после того, как технология придумана и аппробирована, она может «спуститься» до потребителей. Бизнесмены оценят всё, придумают, как наладить производство - и вот у нас полупроводниковые процессоры, и вот у нас дисплеи на квантовых точках, и вот у нас GPS в телефонах. А кто им будет помогать это реализовывать? Бывшие выпускники хороших ВУЗов. А откуда возьмутся хорошие преподаватели в таких ВУЗах, способные давать новые знания? Только если у них есть постоянный контакт с фундаментальной наукой.
Наконец, в-третьих, фундаментальная физика объединяет людей. Законы природы едины не только в масштабах постоянно меняющихся границ государств Земли - они, насколько мы видим, те же везде в неизмеримо большей Вселенной. Поэтому не бывает никакой «национальной науки». Не бывает «национальной еврейской физики», не бывает «автохтонной французской математики», не бывает «суверенной уругвайской биохимии» или «арктической биологии». Есть только физика, математика, биология - если речь идёт о науках, а не об очередной маске национализма и зловредных политичесих амбиций. Те, кто занимается наукой, общаются друг с дружкой по всему миру, и видят, что общего у нас в мире гораздо больше, чем различий.
Суммируя: хотя невозможно предсказать конкретную пользу от исследований, можно с уверенностью предсказывать стратегическое отставание страны, которая в них не вкладывается. А разработки, сделанные в процессе этих исследований, вполне конвертируются в окупаемые на рынке технологи.
p.s. Отдельно хочу добавить про пользу от астрономии и астрофизики - про это мне задают вопрос, пожалуй, чаще, чем про фундаментальную физику. Ответ простой. Помимо формирования правильного целостного научного мировоззрения (что для печально большого числа людей пшик, а не аргумент), астрономия и астрофизика работают на ту же фундаментальную физику. А значит к ним применимы все три аргумента, приведённых выше. Академик Яков Зельдович как-то сказал: «Вселенная - ускоритель для бедных». В глубинах Космоса происходят такие высокоэнергетические процессы, что чтобы добиться сравнимых энергий, нам не хватит и тысячи лет. Поэтому практически единственная возможность изучать материю в таких экстремальных условиях - смотреть вверх. Ловить космические лучи, гравитационные волны, следить за гамма-всплесками… Ведь, как говорилось выше, законы Вселенной едины повсюду. Изучая что-то вдалеке, мы больше понимаем и про тот мир, в котором обитаем. А значит сможем больше сделать полезного.
UPD 15/12/2017. На следующий день после публикации я обнаружил лекицю Сергея Попова «Зачем нужна астрономия». Большая её часть посвящена открытию гравитационных волн, но в начале - замечательно и подробно про конкретные земные применения и пользу от астрофизики. Правда часть обрисованных им вариантов - «внутренние», для тех, кто уже замотивирован. Забавное совпадение: Сергей, как и я вслед за ним, сравнивает траты на науку с военным и голливудским бюджетами.
----
1 Стивен Вайнберг: «Мечты об окончательной теории. Физика в поисках самых фундаментальных законов природы». Очень рекомендую. Вайнберг приводит свой аргумент: создание единой теории будет сравнимо с кругосветным путешествием и открытием всех континентов - общая картина наконец ясна, осталось уточнять детали и думать, как их приспособить к делу. Но я в статье всё-таки хочу сосредоточиться на более понятных большинству не-учёных выгодах.
2 Хотя с чем сравнивать… Большой Адронный Коллайдер считается самым дорогим физическим прибором за всю историю человечества. Он стоил $6 млрд. Каждый из 35 километров Третьего транспортного кольца Москвы стоил $117 млн - в сумме $4.1 млрд. На реновацию в том же граде до 2020 года планируется потратить около 400 млрд. руб - $7 млрд. И мы все верим, что они найдут возможность значимо расширить бюджет. Голливудские фильмы стоят и по $100, и по $200, и по $300 млн. А на военные расходы ежегодно тратится больше полутора триллионов долларов - примерно по одному коллайдеру за полтора дня. Может если бы мы в мире чуть больше тратили на науку и чуть меньше на ерунду, мы бы жили получше.
3 В оригинале фраза Эйнштейна звучала так: «Квантовая механика действительно впечатляет. Но внутренний голос говорит мне, что это ещё не идеал. Эта теория говорит о многом, но всё же не приближает нас к разгадке тайны Всевышнего. По крайней мере, я уверен, что Он не бросает кости».
4 Важное уточнение: речь в этой статье идёт о пользе именно от фундаментальной физики. Польза от других наук, равно как и польза от других видов интеллектуальной/эмоциональной/эстетической/религиозной деятельности здесь не рассматривается. Что, разумеется, ни в коем разе не означает её отсутствия.
5 По легенде, первое сообщение морзянкой, отправленное Поповым было «Генрих Герц». Бе-бе-бе.
содержание • вся фототематика • только фотографии • мысли • новости • обзоры • интересное • alex-krylov.ru
наука • физика