Без ретуши. Портреты физиков на фоне эпохи - Борис Иоффе

Я хочу обсудить такой же вопрос применительно к физике, т. е. закончится ли в физике эпоха великих открытий? Я буду главным образом говорить о физике микромира, как потому что я могу считать себя специалистом именно в этой области, так и потому, что основным направлением развития физики обычно считается изучение всё более мелких структур материи (хотя это последнее утверждение спорно — см. ниже).

Вопрос о том, закончится ли (или даже уже закончилась) физика, обсуждался ещё в конце XIX века. Некоторые, в том числе и весьма именитые физики, говорили тогда, что все законы физики уже открыты, и то, что остаётся, — это уточнение различных физических постоянных. С тех пор была открыта теория относительности, квантовая механика и многое, многое другое, и вопрос на время отпал. Подобные обсуждения, в которых участвовал и я, были и в 70-х годах, когда казалось, что вот-вот будет построена теория Великого Объединения, включающая в себя все взаимодействия, кроме гравитационного, затем удастся включить в неё гравитацию, и на этом физика закончится. Оказалось, что проблема значительно сложнее. Сейчас обсуждается много вариантов, как устроен мир на самых малых расстояниях: суперсимметричные теории, супергравитация, разные типы теорий суперструн, теории бран и т. д. Большинство из этих теорий предполагает, что физическое пространство на малых расстояниях многомерно: помимо обычного трёхмерного пространства существуют ещё другие пространства, замкнутые на малых расстояниях. В большинстве теорий все эти структуры проявляются только на чрезвычайно малых расстояниях, порядка планковской длины ~10–33 см, в то время как сейчас исследованы расстояния до 5 × 10–17 см или, в энергетической шкале, до ~500 ГэВ. Таким образом, возникает впечатление, что вопрос о том, что физика закончится, в настоящее время не актуален: перед нами ещё длинный, длинный путь.

Я думаю, тем не менее, что физика элементарных частиц, т. е. исследование микроструктуры пространства, времени и материи скорее всего действительно закончится в обозримом будущем — в течение 15–20 лет. И причина будет лежать вне науки — грубо говоря, в отсутствии денег. Дело в том, что для экспериментальных исследований областей всё меньших расстояний нужно строить ускорители на всё большие энергии. Таков общий закон, вытекающий из принципа неопределённости Δr ~ С/Δp: расстояниям 10–20 см отвечает энергия 103 ТэВ, а планковской длине 10–33 см — энергия 1016 ТэВ. Сейчас строится ускоритель со встречными пучками протонов — коллайдер 7 × 7 ТэВ в ЦЕРНе[21]. Ожидается, что с его помощью удастся проводить поиски частиц с массами до нескольких ТэВ, т. е. доходить до расстояний ~10–17 — 5 × 10–18 см. Стоимость этого ускорителя ~5 млрд. долларов, длина кольца — 27 км. Вероятно, будет построен линейный е+е–-коллайдер с энергией пучков 0,5–1 ТэВ; может быть, ещё мюонный и фотонный коллайдеры. На всех ускорителях, этих и других, которые не существуют даже в замыслах, вряд ли удастся исследовать расстояния меньшие 10–18 — 10–19 см, а о том, чтобы дойти до планковской длины, не может и речи. Здесь не поможет никакой прогресс в ускорительной технике[22].

Эксперимент на будущих ускорителях, по-видимому, выберет некоторые из моделей теорий на малых расстояниях, как предпочтительные, на расстояниях t 10–18 см. Но всё равно останется достаточно произвола в выборе теорий, описывающих физику на меньших расстояниях, недоступных эксперименту. Крайне мало надежды на то, что чисто теоретически можно будет установить физическую теорию, которая, будучи проверенной экспериментально на расстояниях t 10–18 см, была бы верна и при расстояниях ~10–33 см и была бы единственной теорией, обладающей таким свойством, т. е. осуществить столь далекую экстраполяцию. (Умозрительное, не связанное с экспериментом, построение теории случилось один раз в истории физики — это создание общей теории относительности. Но и здесь оставалась неоднозначность: возможность введения космологической постоянной, которую, в отличие от будущих теорий частиц, можно было выяснить опытным путём.) Астрофизические данные не изменят ситуации. То, что измеряется в астрофизике, — глобальные, интегральные характеристики, далёкие последствия «большого взрыва». Они никак не смогут дать информацию о процессах, происходящих на малых расстояниях. (Если даже «большой взрыв» начинался с планковских масштабов.)

Наши потомки окажутся в ситуации, когда эксперимент не будет предсказывать выбор теории. Тем самым, с моей точки зрения, физика элементарных частиц закончится. Я напомню слова Фейнмана (цитирую не буквально): «Наука — это то, что может быть проверено экспериментом». (Фейнман добавлял: «С этой точки зрения математика не является наукой. Но не всё, что не является наукой, обязательно плохо — например, любовь не является наукой».) Конечно, теоретические построения моделей частиц и взаимодействий на малых расстояниях будут продолжаться очень долго, будет появляться большое число таких работ — ведь нельзя будет сказать, что какая-то из них неправильна, поскольку противоречит опыту. Но, я думаю (хотя не очень в этом уверен), что с течением времени число их будет уменьшаться, ибо интерес к такого рода деятельности будет слабеть.

У физики конденсированных сред, возможно, будет совсем иная судьба. Число различных объектов, которые изучает эта наука, определяется комбинаторикой, и может быть, в принципе, неограниченным. Создание гигантских установок здесь не нужно.

И, конечно, самое блестящее будущее ждёт физику живого.

Краткие сведения об учёных, упоминаемых в книге[23]

Александров Анатолий Петрович (1903-1994) — физик, академик, президент АН СССР (1975-1986), директор ИФП (1946-1954) и ИАЭ (1960-1986).

Арцимович Лев Андреевич (1909-1973) — физик, академик, соавтор и близкий друг братьев Алихановых.

Берестецкий Владимир Борисович (1913-1977) — физик, сотрудник ИТЭФ, зав. лабораторией теоретической физики (1966-1977).

Бете Ханс Альбрехт (р. 1906) — физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии, один из ведущих участников американского ядерного проекта.

Боголюбов Николай Николаевич (1909-1992) — математик, физик-теоретик, академик.

Бьёркен Джеймс (р. 1940) — физик-теоретик, один из основателей кварковой теории частиц.

Виноградов Александр Павлович (1895-1975) — химик, академик, руководитель работ по химии в атомном проекте.

Владимирский Василий Васильевич (р. 1915) — физик, член-корр. АН, зам. директора ИТЭФ.