Манифесты "Симпосиона": Алексей Цвелик
О ЧУДЕСАХ
Алексей Цвелик
Ладно ль за морем иль худо? И какое в свете чудо? А. С. Пушкин
Недавно некий журналист попросил меня написать один абзац для его гламурного журнала о том, что я, как ученый, считаю самым чудесным. Самым чудесным, конечно, является то, что гламурные журналы интересуются мнением ученых. Однако есть и другие чудеса, которые, мне кажется, заслуживает по крайней мере нескольких абзацев.
Для многих чудесное есть синоним непонятного или, по крайней мере, из ряда вон выходящего. А мне всегда казалось, что его можно найти среди совершенно обыденных, привычных нам вещей, стоит только посмотреть на них другими глазами. Ну вот взять хотя бы мою науку, физику. Про нее говорят, что она делает мир понятным, срывает с него покров тайны и т. д. Однако, давайте немножко отрешимся от газетных клише и попробуем взглянуть на вещи другими глазами.
Вот вам обычная картина: сидит ваш покорный слуга за письменным столом, погруженный в вычисления. Через мое плечо заглядывает жена: «Какие крючки, какие закорючки! Ну зачем все это, из этого шубу не сошьешь.» А я ей: «Дорогая, знаешь ли ты, что буквально все, что у нас есть, за исключением деревьев в саду, которые выросли сами по себе, сделано при помощи этих крючков и закорючек, хотя и написанных по большей части другими людьми?» - «А, ну тогда ладно».
И вот вопрос: а как же это возможно, что пользуясь математикой, путем вычислений, в виде ли крючков на бумаге или электронных процессов в компьютере, найти путь к созданию, например, нового лекарства. Или спроектировать мост? Автомобиль, телевизор, стиральную машину? Предсказать погоду (хотя тут дела обстоят не совсем идеально)? Почему есть какое-то соответствие между тем, что происходит в жизни, и совсем не похожими на нее значками на бумаге или блипами в компьютере?
А еще чудеснее все становится тогда, когда понимаешь, что у значков этих свои законы, своя, так сказать, внутренняя логика. Вот, например, такой закон: «От перемены мест слагаемых сумма не изменяется». Это значит, что, например, 3+2=5 и 2+3 тоже 5. Или «от перемены мест сомножителей произведение не меняется» и масса подобного в том же роде. А чему соответствуют эти числа в мире? Вот, например, число 3? Число 3 это три яблока, три груши, три веселых чижа, все на свете группы по три предмета. (По ученому это и есть определение числа: множество множеств. Но это уже занудство). Так вот, оказывается, в каком бы порядке я не сложил три и две груши, три и два яблока, три и две спички и т.д. и т.п. получится пять яблок, пять груш, пять спичек...Для всех предметов один и тот же закон! Эти волшебные числа имеют какую-то таинственную власть над миром. И примеры, которые я привел, еще из самых простых.
И вот еще вопрос: люди придумали числа или открыли? Если придумали, то как случилось, что их придумали независимо и в Китае, и в Индии, и в древней Греции и в Финикии? Почему у разных народов нет разной математики, почему везде 2x2=4, независимо от расы, пола и сексуальной ориентации?
Но вернемся к примерам. О сложных я говорить не буду, намеренно ограничусь только школьными. Вот один такой пример. Возьмем законы Ньютона. Открывая их, Ньютон ориентировался на наблюдения над небесными телами или простыми объектами, типа биллиардных шаров и маятников. Т.е., изучая движения планет и бильярдных шаров, он догадался, какими законами определяется их движение. И вот, берем учебник и видим, что путем некоторых математических преобразований из законов, управляющих движением биллиардных шаров, можно вывести законы, описывающие течение жидкостей. Но ведь это совсем разные вещи, они же совсем по разному выглядят и ведут себя внешне по разному. «Ах, волна моя морская, шаловливая волна» и круглый слоновой кости шар, «желтого дублетом от борта».
Или еще вопрос. Может ли математик, играя со своими уравнениями, открыть что-то, имеющее отношение к реальному миру? Допустим, сидит человек у себя в кабинете, наружу не выглядывает, занимается чисто абстрактными вещами. Как, например, Лобачевский, у себя в Казани, задался вопросом: «А можно ли построить логически непротиворечивую геометрию, выбросив из нее аксиому Евклида о том, что параллельные прямые не пересекаются?» Вопрос чистой логики, решается в рамках самой геометрии, не выглядывая в окно. Оказалось, можно. Ну, казалось бы, и ладно, пусть можно, но на кой черт это нам нужно? Мы-то ведь не в таком мире живем, у нас параллельные прямые не пересекаются... Однако, найденная Лобачевским геометрия была первой неевклидовой геометрией, а на идее о том, что геометрия не одна, что они могут меняться в зависимости от расположения масс, была построена общая теория относительности. Не покажи Лобачевский, что евклидова геометрия не есть нечто неколебимое, не было бы общей теории относительности. И таких примеров «никому не нужных» кабинетных выдумок, которые впоследствии, через десятки, а то сотни лет, оказывались архи-важными, в науке полно.
Мой любимый пример относится к теоретическому предсказанию существования антиматерии, сделанного английским физиком Полем Дираком. Дирак задумался над тем, как совместить теорию относительности и квантовую механику. В середине 1920х годов между этими молодыми тогда дисциплинами наблюдалось противоречие. Дирак, конечно, мог считать, что один кусок природы описывается одними законами, а другой - другими, но ... он был король, «а у вас на носу очки, а в глазах осень». Дирак вспомнил один факт из абстрактной математической дисциплины - теории групп, и использовал его в своей теории. Противоречие было устранено, но не бесплатно. Оказалось, что платой за его устранение является существование античастиц. У электрона, например, согласно теории Дирака, должен был существовать двойник, во всем на него похожий, кроме знака электрического заряда, - положительно заряженный электрон (позитрон). Через несколько лет позитрон был открыт экспериментально. В медицине теперь используется Позитронная Томография. Сам ее проходил.
Все эти чудеса можно суммировать одним утверждением: у Вселенной есть логическая структура. Звучит суховато, но, надеюсь, я объяснил, что имеется в виду.
"Что тут дивного? Ну, вот!Белка камушки грызет,Мечет золото и в грудыЗагребает изумруды;Этим нас не удивишь,Правду ль, нет ли говоришь.В свете есть иное диво…”
Какое же? Дадим слово Альберту Эйнштейну: «наиболее непостижимая вещь во Вселенной та, что Вселенная постижима» (the most incomprehensible thing about the Universe is that it is comprehensible).
Как, каким образом маленькое, слабое, смертное существо, обитатель ничем не примечательной планеты, человек смог своим умишком до всего этого добраться? Откуда у него взялись способности проникать умом до пределов Вселенной и до самых глубин вещества? Способности, совершенно не нужные в его повседневной тяжелой борьбе за существование, которую он и его обезьяноподобные предки вели в течение сотен тысяч лет? Эволюционная теория говорит нам, что случайно возникающие признаки, бесполезные в ходе борьбы данного индивида за существование, исчезают в последующих поколениях. Безусловно, умение ориентироваться в своем непосредственном окружении и учиться на набитых шишках важно для выживания. Но такого рода отбор даст нам скорее главаря бандитской шайки, чем древнегреческого мудреца. «Скот поедал поля философа Демокрита...» Если даже предположить, что ум дает такому философу какие-то неведомые нам эволюционные преимущества, то почему этот ум, сформировавшийся на Земле, на земном опыте, оказался адекватным в задаче понимания Вселенной?
Вот эти два вопроса не перестают меня удивлять. Найдутся люди, я даже знаю, кто они, которые скажут, что здесь нет ничего удивительного. Это удивительные люди, им все понятно. Но я им не завидую.
Об авторе. Цвелик Алексей Михайлович, 1954 г.р., физик-теоретик, автор около 200 научных статей и двух книг по квантовой теории поля. В России работал в Институте Теоретической Физики им. Л. Д. Ландау, на Западе с 1989 г., в настоящее время - старший научный сотрудник Брукхэйвенской Национальной Лаборатории.