Academia Алексей Сисакян. "Новое о строении материи". 1-я лекция

Запись лекции, прочитанной в рамках проекта "ACADEMIA", программа была в эфире 21 апреля 2010 года.



Доктор физико-математических наук, директор Объединенного института ядерных исследований Алексей Сисакян прочтет лекцию о современной ядерной физике, основных открытиях, новейших проектах и перспективах, а также расскажет об Объединенном институте ядерных исследований.

Вторая лекция>>

Стенограмма 1-ой лекции Алексея Норайровича Сисакяна, вышедшей в эфир на телеканале "Культура" в рамках проекта "ACADEMIA":

Дорогие друзья, мне очень приятно здесь перед вами выступать, я долго думал о том, как называть мою лекцию. У меня первый порыв был назвать эту лекцию типа "Основной инстинкт – 2". Вы наверное все видели этот фильм и понимаете, что речь идет об инстинктах, которые лежат в основе человеческой жизни: инстинкт продолжения рода, инстинкт сохранения жизни, ну и другие инстинкты, которые исходят из принципа биологической целесообразности главным образом. Но интересно, что в человеке издавна, может быть, с того момента, когда он стал называться homo sapiens, возник инстинкт познавать окружающую природу, задумываться о том, из чего состоит материя окружающая. Задумываться о том, как возникла вселенная, все, что нас окружает, как развивалось. Интересно, что этот инстинкт действительно присущ человеку и является вот таким мотором развития нашей цивилизации, независимо от того, к какой эре относится человеческая деятельность.
Физика, вообще говоря, главной своей задачей ставит задачу изучения материи, неживой материи, правда, форм существования, взаимодействия материи. Поэтому это будет взгляд как раз связанный с некими новыми данными, которые мы имеем о материи. И, безусловно, вот эта триада знаний, о котором вы, наверное, много слышали – наука, образование, инновационная деятельность – эта триада, она не случайно появляется. Потому что именно в этой триаде и фундаментальные науки более плодотворно развиваются, и то, что называется полезностью для человека.
Теперь, значит, еще несколько общих слов относительно самой темы. Вот вы видите здесь слова Байрона, они приведены здесь – ну, как точка зрения человека, далекого от науки. Байрон был поэт, как известно. Но я его слова привожу не потому что… Байрон на самом деле, его какая-то большая часть жизни была связана со Швейцарией, где сегодня вот работает Большой адронный коллайдер, о котором сейчас так много говорят вокруг. Но потому, что это был взгляд человека, действительно далекого от науки, но думающего о полезности науки. Вот он говорил в свое время, что "наука – это обмен неведенья, где лишь одно незнание сменяется другим". Я думаю, что вот это высказывание он сделал не потому, что он к науке относился как-то нехорошо. А потому, что он интуитивно, как поэт – а поэзия, вообще говоря, опирается на некоторое интуитивное видение, в отличие от научного знания – он говорил о неисчерпаемости процесса познания.
И вот это очень важный элемент, который надо иметь в виду. Причем надо сказать, что когда мы переходим к какой-то новой науке, это не означает, что мы старое знание перечеркиваем, что оно не годится. Я вижу, что вы - люди, которые уже определенное образование получили, и понимаете, что здесь срабатывает определенный принцип соответствия. То есть нормальное движение, поступательное движение науки таково, что старые знания, они включаются в новые, как некий предельный случай, как правило. Вот.
Но надо сказать, что сегодня очень много мировых лабораторий работает вот над тем, чтобы в нынешних уже условиях отвечать на вопрос – как же устроен окружающий нас мир? И среди этих центров есть и Дубна. Немножко позже я более конкретно расскажу о том, что делается сегодня в Дубне. Фактически у меня вот лекция будет состоять из двух частей: одна часть – это… ну, некоторые верстовые столбы, что ли, miles stones, как говорят, вот этой науки об окружающем нас мире, о строении материи. Конечно, вот сейчас, скажут, за относительно короткое время весь этот путь пройти от древних греков до начала 21 века, где мы с вами находимся – это, конечно, невозможно. Поэтому практически я бы хотел перекинуть вот этим рассказом некий мостик – от истоков, заглянем в истоки – и в сегодняшний день.
Посмотрим, что сегодня вот об окружающем мире мы знаем нового, вот как изменились эти взгляды. И потом уже, значит, я… во второй части я расскажу о том, что сегодня делается в мировых лабораториях, это и в Европейской организации ядерных исследований, в ЦЕРНе, и в Фермианской национальной лаборатории в Соединенных Штатах Америки, и в других лабораториях, включая Дубну. Потому что именно в этих лабораториях сегодня… лаборатории – это вот в международном понимании, лаборатория – это большой институт, как правило. Новое о физике микромира, то, что мы называем физикой микромира. И мы параллельно не сможем не заглянуть в другую область, которая связана с космологией. Потому что, как вы, наверное, знаете, физика микромира и космология удивительным образом вот на этом этапе пересеклись, и, фактически, сегодня это единая наука.
Почему это так? Я думаю, что будет ясно из моего изложения. Поэтому я заранее хотел бы извиниться перед теми людьми, которые не будут упомянуты в этой лекции. И… памятью тех людей тоже, которые не будут упомянуты. Потому что вот при… с … прослеживании этого моста мы, конечно, многие разделы физики вынуждены будем опустить. Но я бы хотел начать с того, что … Ну очень давно, вот видите, здесь выбран четвертый век до нашей эры – люди уже задумывались, как бы свести все, что вокруг происходит, всю материю – к каким-то началам, к каким-то первичным началам, к каким-то кирпичикам.
И вот во времена Аристотеля, древнегреческого ученого, все материальные тела … были… представлялись составленными из четырех элементов, как вы видите - огонь, воздух, земля, вода. Это четыре стихии, четыре таких составляющих. Но надо сказать, что… я думаю, что не первый и не последний Аристотель шел по этому пути, однако вот его работы наиболее известны, и еще важно, что Аристотель обратил свое внимание, что самым неизвестным в окружающей нас природе является время, ибо никто не знает, что такое время, и как им управлять. Но надо сказать, что и по сей день… Ну, мы в сегодняшних представлениях таких, самых простых, мы с вами живем в четырехмерном мире, три пространственные координаты и временная координата – четвертая.
Причем мы живем, как вы знаете, в индефинитной метрике, поэтому время имеет другой знак в соответствующем интервале. И время – оно, как известно, необратимо. Время действительно… временем трудно управлять, и … ну, я в связи с этим опять… Наверное, сквозь мою лекцию будет какой-то поэтический взгляд на вот эти физические понятия проходить, и поэтому я позволю себе прочесть одно четверостишие, вернее, пятистишие даже. Что время –
Необратимое, в неистовом стремленье
Оно в одном уходит направленье,
Но повернуть его не можем вспять,
И говорим – остановись, мгновенье!
Иль в деньги предлагаем превращать.
Часто говорят "время – деньги". На самом деле это не совсем так. Это не совсем так. Вот я часто какой образ привожу –предположим, что сегодня очень много денег у нас появилось, но на том месте, где работает активно Дубна, площадка зеленая, зеленое поле. Но свалился мешок с миллиардами долларов. Сможем ли мы за эти деньги заменить то время, которое было потрачено, чтобы приобрести этот опыт? Приобрести эти традиции, приобрести вот этот научный дух? Я думаю, нет. В этом отношении время и деньги – это, в общем-то, разные вещи.
Значит, далее, ну, наверное такие самые важные… понятия, из области атомистики, или из области такого дискретного представления о строении материи, были сформулированы во времена Демокрита. Известно так же, что Левкипп, как и Демокрит, высказывал мысли, что вещество состоит из мельчайших, по тогдашним представлениям, неделимых частей – атомов. И пустого пространства. Вот надо сказать, что здесь поражает то, что была довольно точно сформулирована сама задача. Она – ну, в каком-то виде сохранена и до сегодняшнего дня.
Хотя мы уже давно знаем, что атомы не являются неделимыми структурами, что они дальше могут быть поделены на реально существующие субчастицы, субатомы. И до сих пор, вообще говоря, представляется очень большой научной задачей, что же такое вот эта самая пустота, в которую погружены атомы, или наш материальный мир, который состоит из атомов. Понятие о физическом вакууме, понятие о… в свое время было понятие об эфире, как некоей среде, в которой материальные тела живут. И сегодня – я, забегая немножко вперед, скажу, что есть представление о так называемой темной энергии, темной материи, это практически то же, как вот это понятие о Большом взрыве, мы позже об этом поговорим – это тоже, вообще говоря, очень серьезный вопрос, в основе которого лежит… некое представление, в терминологии Демокрита, о "пустоте".
Вот что же такое физическая пустота. Ну, надо сказать, что в этих положениях, которые были сформулированы во времена Демокрита, тоже лежит интуитивное восприятие глубины, неисчерпаемости пространства. Структуру и свойства материи изучают сегодня естественные науки, и… но, … может быть, другие науки обидятся, но, тем не менее, я скажу все-таки, что самой передовой из них является физика – и, в общем-то, физика элементарных частиц, физика атомного ядра, поскольку она сегодня лежит на переднем крае этой науки о строении материи. Перенесемся уже на несколько столетий позже от времен Демокрита. И вот вы видите здесь портрет Галилео Галилея, который был известен по многим причинам.
Ну, во-первых, Галилей по праву является основоположником точного естествознания. И, конечно, без… я думаю, без трудов Галилея Ньютону, который уже потом сформулировал механику, современную классическую механику как такую цельную единую науку, невозможно было бы справиться с задачей. То есть в основе все-таки лежали труды Галилея. Галилей, как вы знаете, имел очень четкие и ясные представления о гелиоцентрической системе мира, и за это подвергался гонениям.
И вот здесь уместно вспомнить, вообще говоря, исторические факты, которые, к сожалению, докатились в каком-то виде и до наших дней, когда люди… Вообще наука – это вещь абсолютно мирная, в общем-то, фундаментальная наука в особенности. Но, тем не менее, ученые часто подвергались в этом мире гонениям, и были рыцари науки, которые часто страдали от невежества, с одной стороны, с другой стороны, от какого-то произвола властей. И я думаю, что вы только по литературе знаете, что совсем недавно, в общем-то, порядка пятидесяти лет тому назад, и в нашей стране шла борьба против буржуазных лженаук – таких, как кибернетика, генетика там, и так далее. Определенные интерпретации вполне научной квантовой механики подвергались гонениям. И, соответственно, выдвигались репрессии против ученых. И такие известные ученые, как Туполев, Королев, Глушко, Ландау, другие известные ученые, были репрессированы. Ну, некоторые даже лишились жизни – такие, как Николай Иванович Вавилов, например. Галилео Галилей тоже подвергался репрессиям. Но надо сказать, что он одновременно и… видимо, потому что исторические трактовки есть разные, был и одним из первых примеров такого конформизма. Говорят, что он все-таки на суде инквизиции отрекся от своих взглядов. И последними его словами потом уже, перед кончиной, были слова "А все-таки она вертится". Ну вот как поэт писал: "И Галилео отрекался, а знал он лучше, что к чему, он с дураками не вязался, чтоб жизнь не портили ему. А нам теперь и так всем ясно – и Галилея в том вина, - что все же вертится она, и отреченье тут не властно".
Вот это пример конформизма, так что… ну, как бы, такие примеры в науке тоже можно прослеживать, это тоже элемент науки… вернее, жизни науки в обществе, которое сопутствует деятельности ученых. Ну, приблизительно в это же время, вы знаете, что Джордано Бруно лишился жизни за свои астрономические взгляды, вполне современные даже по сегодняшним меркам. Так что вот эта страница не только о том, что Галилео сделал в науке, но и о том, как ученый живет в обществе – не всегда просто. Не всегда просто. Но надо сказать, что, может быть, наиболее, все-таки, ярким достижением Галилео Галилея было представление, введенное им – о том, что наука, любая наука, а физика в первую очередь – это экспериментальная наука. Что эксперимент является критерием истинности. Вот это очень важно понимать. Поэтому нельзя сегодня считать наукой различные астрологические прогнозы, различные гадания – ну и многие другие вещи, которые порой кажутся удивительными. Но тем не менее, наука – это то, что может быть экспериментально воспроизведено. Если нет эксперимента, то нет науки, нет и факта. Нет и истины. Ну, в каких-то… надо сказать, что, разделах науки, когда невозможен вот такой воспроизводимый эксперимент, то ограничиваются некоторыми наблюдениями, которые могут быть повторены. Или иногда не могут быть повторены. Это, конечно, так же, как, приблизительно, метод неполной математической индукции отличается от метода полной математической индукции.
То есть это некоторые наводящие соображения, но доказательством такие наблюдения, как правило, не могут являться. Доказательством может быть только эксперимент. И вот из таких крупных ученых именно Галилей первый понял, что эксперимент – это критерий истинности.
Вот дальше, значит, когда мы смотрим историю развития вот этого направления научного, то, конечно, нельзя не говорить о том вкладе, который был внесен в науку Дмитрием Ивановичем Менделеевым. Вы знаете, что Дмитрий Иванович Менделеев, он в первую очередь известен, как человек, который сумел … сформулировать периодическую систему элементов. Причем он сформулировал ее в тот момент, когда, в общем-то, далеко не все химические элементы были известны. Сто сорок лет назад, когда Менделеев сделал вот эту свою работу, было известно всего шестьдесят три химических элемента. Сегодня известно… ну, приблизительно в два раза больше. Всего элементов в природе может быть порядка ста семидесяти, поэтому угадать вот эту общую систему, имея практически одну треть информации – ну, это было нужно обладать большим даром предвидения. И вот то высказывание, которое здесь приводится, Менделеева, что "справедливо считать отцом научной идеи того, кто не только признал философскую, но и реальную сторону идеи, который сумел осветить вопросы так, что каждый может убедиться в ее справедливости, и тем самым сделал идею всеобщим достоянием". Ну, если попросту говорить, то он утверждал, что, конечно, идея высказанная, она должна овладеть массами, и должна быть понята окружающими нас людьми. И тогда она становится царицей. Открытие Менделеева – оно именно таким и стало.
Открытие Менделеева, оно еще удивительным образом связало две науки, которые раньше считались науками абсолютно разными – химию и физику. То есть химию… мы теперь знаем, после таблицы Менделеева, мы понимаем, что все химические свойства вещества, они обязаны поведению оболочки атомов… И по этой оболочке, вообще говоря, классифицируются и химические… химические свойства, химическое сходство. Поэтому вот такой мостик возник именно благодаря трудам Менделеева. То есть мы сумели подняться с уровня… с атомарного … на уровень химический при изучении окружающего нас вещества.
Что же говорить о, значит, строении атома? К 1932 году, то есть к середине прошлого столетия, пришло осознание того, что атом – вообще говоря, это система, которая состоит, вот как вы видите, здесь показано, из атомного ядра. Уже к этому моменту были открыты и протон, и нейтрон, из которого состоит атомное ядро, вокруг него вращаются электроны. И был известен также носитель света фотон – вот это было все к 32 году … значит, известно. Электрон был открыт Томсоном в 1897 году, протон в 1919 году Резерфордом, и нейтрон – Чедвиком в 1932 году. То есть, фактически к середине 20 века, ну, представление о том, что такое атом, и что такое атомное ядро, уже было достигнуто.
Сегодня на самом деле у нас сведений о том, что этот мир элементарных частиц гораздо более богат и разнообразен, скопилось уже очень и очень много. И сегодня мы уже знаем вот, что эти частицы, которые к 32 году считались элементарными, то есть неделимыми, они уже не являются на сегодня столь элементарными, как это, может быть, нам хотелось бы, или как это представлялось многие и многие годы тому назад.
И вот теперь встает вопрос о том, какие инструменты имеются у современной науки для того, чтобы изучать этот микромир. Изучать мир элементарных частиц, еще более мелкий мир субэлементарных частиц. Что-то новое узнать о взаимодействиях, которые происходят между атомными ядрами, между частицами. И вот на сегодня имеется два направления, одно из которых наиболее интенсивно развивалось в 30-40 годы двадцатого века – это так называемая физика космических лучей, которая изучала те столкновения, которые происходят фактически в космосе. То есть космос является источником частиц, ядер. И вот они, прилетая на нашу Землю, взаимодействуя, в частности, и с атмосферой, они порождают ливни вторичных частиц. Это все может изучаться. Хотя надо сказать, что сведения, которые с физикой космических лучей приходят, они не очень точные. Это один метод.
И второй метод … И вот поистине микроскопами 20 и 21 века в микромире являются приборы, которые называются ускорителями. Ускорители заряженных частиц. Надо сказать, что вот это направление интенсивно начало развиваться в 40-50 годы 20 века. И здесь очень крупный вклад был внесен главным образом, учеными отечественными, и американскими учеными. То есть нашими учеными Владимиром Иосифовичем Векслером, Гершем Ицковичем Будкером, и американскими учеными Пановским, Макмилланом, Уилсоном. Ну и сегодня это направление интенсивно развивается, я бы здесь мог назвать и имена академика Скринского, из Новосибирского академгородка, и крупных ускорительщиков, которые сегодня работают в ИТЭФе, это Институт теоретической экспериментальной физики, в ФИАНе, в физическом институте, и в Институте физики высоких энергий, и в Дубне.
То есть целые школы учеников Векслера, Будкера и их соратников сегодня продолжают работать. И надо сказать, что вот эти ускорительные приборы, которые сегодня создаются, в том числе и Большой адронный коллайдер, который сегодня уже известен, пожалуй, всем, благодаря некоему черному пиару, который развернулся, - эти все достижения науки не могли бы быть получены без российской, без отечественной школы ускорительщиков. Значит, таким образом, вот сегодня мы будем и дальше говорить главным образом о том, как с помощью ускорителя можно изучать микромир. Но, оказывается, для того, чтобы изучать физику на малых расстояниях, и в основе этого лежит, естественно, квантовая механика, - мы должны, и если мы хотим глубже проникнуть в микромир, мы должны все более и более высокие энергии частиц рассматривать на этих ускорителях.
В то же время ускорители имеют ряд очень важных прикладных профессий. И сегодня ускорители используются как для ряда, ряда решений медико-биологических проблем, так и для решения ряда проблем, связанных с модификацией поверхностей – это проблемы, близкие к нанотехнологическому направлению. Ну и так далее. Вот о прикладных профессиях ускорителей мы с вами тоже сегодня поговорим .
С помощью ускорителей в середине прошлого века, двадцатого века, и в последующем было обнаружено гигантское количество частиц. Мюоны, пионы, гипероны, нейтрино и другие частицы. Их общее число, вообще говоря, сегодня превышает количество элементов таблицы Менделеева. И поэтому стоял вопрос о том, как можно, вообще говоря, сегодня сформулировать науку, которая позволила бы систематизировать вот это обилие частиц, систематизировать взаимодействия, которые между ними происходят. Но ситуация здесь, на самом деле, достаточно непростая, потому что вот вы видите здесь, одно из событий воспроизведено. Правда, здесь приведено событие, полученное при соударении ядер. Но там процессы очень близкие происходят, потому что, фактически, в ядрах взаимодействуют главным образом протоны и нейтроны, которые внутри ядра сидят. И вот вы видите, какое гигантское количество частиц в одном акте взаимодействия наблюдается. И конечно, дело обстоит вовсе не так просто, что при столкновении как бы выходят наружу те частицы, которые сидят внутри протонов и нейтронов. Вовсе, вовсе не так. Здесь имеет место и некоторое возбуждение адронного вакуума, при котором эти частицы рождаются как бы из вакуума. И поэтому здесь, скажем, ситуация гораздо тоньше, нежели мы, разбивая нечто молотком, можем посмотреть, что же внутри находится.
Ну вот это большое количество частиц на сегодняшний день с помощью вот тех открытий, о которых мы сейчас немножко поговорим, были систематизированы. Именно в 1964 году был сделан прорыв, в то время, когда Гелл-Манном и Цвейгом была выдвинута гипотеза о кварках, о существовании кварков, о некоторых таких загадочных субчастицах, имеющих дробный заряд, из которых состоит протон и нейтрон. Вы видите здесь, значит, композицию протона и нейтрона, и, соответственно, кварки – верхний, нижний, up, down и странный. U, D и S-кварки. Вот эта гипотеза оказалась очень плодотворной. На самом деле само слово, оно возникло таким образом – по-моему, впервые это Гелл-Манн в своей работе использовал некий образ, который присутствовал в произведениях Джеймса Джойса, ирландского писателя, который в тридцатые годы писал.
Там вот есть образ такой – "три кварка, три кварка для мистера Марка". Эти кварки – это просто нечто, некие химеры такие таинственные. Вот он это слово, название заимствовал. И вот с тех пор оно стало сопутствовать и физику микромира. Ну, вот вы видите здесь портреты этих выдающихся ученых, и в 2007 году Мюррей Гелл-Манн посетил Россию, он был в Москве, был в Дубне. И вот здесь он уже седой, вы видите, находится в России.
Надо сказать, что в эту теорию кварков очень большой вклад был внесен великим русским ученым Николаем Николаевичем Боголюбовым и его научной школой. Но среди вот таких выдающихся результатов нужно отметить то, что в 1965 году в работе Боголюбова-Струминского-Тавхелидзе впервые была выдвинута гипотеза о наличии у кварков нового квантового числа. Которое в дальнейшем получило название "цвет". Несколько позже работы на эту тему были написаны также Ханом и Намбу. Они, по всей видимости, были независимо, эти работы, сделаны. Но тем не менее вот, два коллектива претендуют на первенство вот этого важного направления. Но это не только новое квантовое число. Надо сказать, что его ввести стало необходимым из-за того, что три одинаковых кварка должны были составлять открытую вновь частицу омега-минус-гиперон.
И как бы это противоречило принципу Паули. Но вот различие, которое могло быть замечено наличием нового квантового числа, оно, кроме того, что дало возможность выхода из этого тупикового положения, оно еще, вообще говоря, породило теорию сильных взаимодействий, квантовую хромодинамику. Поскольку цветовой заряд – это квантовое число назвали цветом – цветовой заряд, он порождает особое глюонное поле. Поле, которое является переносчиком взаимодействия между кварками.
Таким образом, возникла вот такая достаточно стройная теория, которая является сегодня теорией сильного взаимодействия. И надо сказать, что кварки, согласно этой теории, они не могут вылетать из заточения, так называемый конфайнмент существует, то есть они в "тюрьме" сидят. Но экспериментальное обнаружение по ряду признаков стало возможным на ускорителях очень высоких энергий. И вот я здесь просто привожу примеры – ну, естественно, что эти работы были высоко оценены научным сообществом. С-кварк был открыт в 74 году, сразу в двух лабораториях, и в Брукхейвенской национальной лаборатории, и в Стэнфордской лаборатории ускорительной.
Это был С-кварк. Т-кварк был открыт сравнительно недавно, в 1995 году, в двух экспериментах, выполненных на Тэватроне, в Фермиевской национальной лаборатории. Надо сказать, что в эту работу Дубной был внесен очень значительный вклад, в особенности, в работы, связанные с измерением массы Т-кварка. Но надо сказать, что масса Т-кварка – хотя это субчастица, это составляющая адрона… То есть это мелкая частица, но масса ее очень велика. Вот вы видите, на этой прозрачке указано, что эта масса сравнима с массой атома золота. Вот.
Но вот таким образом, вот то, что сегодня мы знаем о кирпичиках мироздания… мы очень бегло с вами просмотрели. Но вот что важно – что кроме этих кирпичиков мироздания, мы довольно большую информацию получаем о фундаментальных силах, которые в природе действуют. И вот это четыре фундаментальные силы природы, которые на сегодняшний день известны. Это, в первую очередь, электромагнитное взаимодействие. Но почему в первую очередь – наверное, потому, что оно сегодня, электромагнитное взаимодействие, - это фактически основа имеющейся цивилизации. Все, что мы имеем с вами, включая мобильные телефоны, компьютеры, ну и все, и радио, телевидение, ну и так далее, вы можете представить – это все электромагнитные взаимодействия. Это дальнодействующее поле, связанное с полем заряда.
Два других взаимодействия – сильное ядерное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие – эти взаимодействия, они работают внутри атомного ядра. Вот в этом микромире. Одно из них – это описывает взаимодействия протона и нейтрона в ядре. А другое отвечает за распады, в частности, за бета-распад в ядре. Оно короткодействующее, и гораздо слабее вот этого сильного взаимодействия. И четвертое – оно, с одной стороны, наиболее известное, потому что ну представление о силе тяжести, тяготении, оно и в классической механике существует. Однако в каком-то смысле оно менее всего изучено, потому что вот в теориях наличие гравитона и, вообще говоря, возможность введения гравитона как реальной частицы – ну, до сих пор дискутируется, и это все находится под пристальным вниманием исследователей.
Но здесь можно было бы поговорить о том, что действительно, вот все эти фундаментальные силы природы, они значительным образом используются человеком в его деятельности. И вот сегодня мы, конечно, используем и гравитацию в механике, и электромагнитное взаимодействие – это практически все, что мы имеем сегодня в нашем цивилизованном мире вокруг себя. А какие же конкретные выходы идут от использования сильного ядерного взаимодействия и слабого ядерного взаимодействия – об этом еще, ну, наверное, предстоит подумать, хотя некоторые практические применения уже и сегодня найдены.
Надо сказать, что сегодня теоретикам удалось электромагнитное и слабое взаимодействия воедино соединить, это как единая теория существует, электрослабые взаимодействия. Вот. Но речь о таком … о объединении великого объединения всех четырех взаимодействий – на сегодня тоже предмет изучения, вот такой теории единой пока не существует.
И наконец, из всего того, что сказано, вытекает очень лаконичная табличка, которая является своего рода… таблицей Менделеева в мире элементарных частиц, с одной стороны. С другой стороны, это образное представление стандартной модели. Которая говорит о том, что сегодня вся материя, которая нас окружает, состоит из лептонов, это вы видите здесь – электроны, мюоны, тау, нейтрино. И кварков – шесть кварков.
А все взаимодействия, которые мы с вами видим в природе, они сводятся вот к таким четырем носителям взаимодействий. Фотону, Z- и W-бозону и глюону. Глюон, как я уже говорил, - это носитель взаимодействия между кварками. Надо сказать, что почти все явления, которые мы сегодня наблюдаем, они описываются хорошо вот этой стандартной моделью. Но все – да не все. То есть есть ряд таких, скажем так, пробелов, которые требуют введения новых теоретических представлений. И надо сказать, что эти теоретические представления наверняка будут в ближайшее время введены, особенно после экспериментов на Большом адронном коллайдере.
И они создадут некоторую новую модель. Безусловно, стандартная модель войдет в эту новую модель как составная часть. Но если говорить о том, какие масштабы в физике микромира действуют, то посмотрите – сам кварк, о которых мы говорили, он во столько же раз меньше по сравнению с протоном… Вот это нижняя картинка – во сколько раз божья коровка меньше самого большого кита. Вот это, наверное, в десять тысяч раз меньше. Здесь вот, наверху, приведена иерархия – ну, твердое вещество, то есть, набор молекул, этот окружающий нас мир. Атом – это наноразмеры, манипуляция атомами – это нанотехнологии. Ядро, протон – это уже фемторазмеры, десять в минус пятнадцатой. И кварк, например – это десять в минус девятнадцатой. Вот такое соотношение объектов в этом микромире.
Значит, вы видите здесь вот – шкала тоже приведена. Какие размеры, какие характерные… характеризуют различные структуры – от элементарных частиц до планетарных структур. И вот как раз то, о чем мы немножко позже поговорим – это то, что физика частиц и космология сегодня объединены в некую единую науку, и позволяют с единых позиций подойти ко всем объектам Вселенной. От элементарных частиц до самых крупных астрономических структур.
Здесь приведена табличка наиболее крупных открытий, касающихся этого научного направления, с начала 20 века. Я не буду говорить о том, что, действительно, квантовая механика – вы себе представляете, что такое квантовая теория, квантовая механика, это очень важные направления. Само представление о пространстве и времени, в которое все это погружено, было сформулировано в теории относительности Эйнштейна, и когда он ввел общую теорию относительности, то связал гравитацию со свойствами пространства и времени. И, наконец, вот в первой трети 20 века был очень важный прорыв сделан нашим соотечественником, Фридманом, Александром Фридманом. Который предсказал космологическое расширение Вселенной, найдя нестационарное решение одного из уравнений Эйнштейна.
И Хаббл экспериментально в 1929 году обнаружил разбегание галактик. То есть в этом отношении 22 и 29 год были очень важными годами, которые положили начало вот этому объединению физики элементарных частиц и космологии.
Дальше последовало ряд очень интересных работ - в частности, радиоастрономов. В 1964 году Пензиас и Вилсон открыли космический фон излучения, так называемое реликтовое излучение, которое подтвердило теорию Гамова о горячей расширяющейся Вселенной. Реликтовое излучение – это некое излучение… электромагнитное излучение, которое дошло из периода, когда после Большого взрыва начали формироваться атомы. Во Вселенной. И вот эти экспериментальные данные, они, вообще говоря, позволили сформулировать вот некоторую очень развитую модель, которая сегодня лежит в основах наших представлений о развитии Вселенной. Это так называемая модель Большого взрыва, согласно которой наша Вселенная возникла около 13,7 миллиардов лет назад. В результате некоторого хлопка, что ли. То есть вот этот момент возникновения раскаленного сгустка плотной материи, некая сингулярность – ну, очень условно можно называть взрывом. И с тех пор вот этот сгусток, он расширяется и остывает. И вот через 13,7 миллиардов лет мы с вами видим то, что видим сегодня вокруг нас, в частности, проводя и радиоастрономические, и другие наблюдения и измерения. Так что вот сегодняшние представления о Вселенной, они, видите, оказались очень тесно связаны с теми открытиями, которые были сделаны в физике элементарных частиц.
Вот посмотрите на эту табличку. Значит, произошел в какой-то момент времени, по непонятным причинам – на этот вопрос наука не может ответить, почему это произошло, возможно, какие-то представления возникнут по ходу исследований. В самые первые мгновения была гигантская температура, и существовала вся материя в виде некоторой кварк-глюонной материи, или, как ее сейчас называют, кварк-глюонной плазмы. То есть, вот эти кварки, и глюоны, которые являются переносчиками взаимодействия между кварками, они существовали в виде такого кварк-глюонного супа.
На следующем этапе некое остывание произошло уже. Из этих кварков и глюонов, начали образовываться протоны и нейтроны. То есть они в связанное состояние начали переходить, и вот это как бы эпоха возникновения элементарных частиц. В течение трех минут с момента Большого взрыва начало происходить формирование легких ядер. При этом вы видите, что значительно уже остыла окружающая материя. И только через четыреста тысяч лет после Большого взрыва, при температуре около четырех-трех тысяч градусов Цельсия стали образовываться нейтральные атомы.
Вот в этот момент благодаря законам термодинамики и произошло испускание электромагнитных волн, которые мы до сих пор можем наблюдать, но уже в остывшем состоянии. Вот это так называемое реликтовое излучение. И вот это реликтовое излучение было измерено, сегодня его температура составляет где-то три-четыре всего градуса Кельвина, то есть это, значит минус двести семьдесят градусов Цельсия. Правильно? И дальше вот развивалась Вселенная, эволюция происходила, и … больше миллиарда лет прошло, очень сильно остыла Вселенная, возникли звезды.
И вот сегодня, через тринадцать с лишним миллиардов лет, мы имеем ту систему вокруг себя, которую мы и наблюдаем. Ну, в связи с этим очень интересно было бы почитать, книжка есть такая Стивена Вайнберга, "Первые три минуты", в которых описывается вот эта физика, которая происходит после Большого взрыва, в особенности вот эти первые три минуты, когда сформировалась ядерная физика.
И вот на этой шкале приведена, как бы в некотором сравнении, вот эта шкала физическая, верхняя – то есть, что происходило после Большого взрыва на уровне физики. Соединена со шкалой… ну, в каком-то смысле, эволюции Вселенной, исторической эволюции Вселенной. Вы видите, что… Вот просто посмотрите на эту шкалу и вы увидите, что если наиболее интересные события происходили в физической шкале в первые, что называется, годы и тысячелетия, наиболее активные, то вот цивилизационная шкала – наоборот, самые интересные события происходят в последние годы. Всего где-то десять или пятнадцать тысяч лет назад впервые появился homo sapiens, то есть человек разумный.
Вот эти эры, которые являются эрами предцивилизационными в жизни человечества, они тоже, вообще говоря, в последние миллионы лет протекали. И это в каком-то смысле очень интересная, я бы сказал, шкала. И вот вы видите, что особенно, может быть, повезло нам, поскольку последние сто-двести лет – в общем-то, это срок, сравнимый с продолжительностью жизни человека, потому что вы знаете, есть люди, которые по сто лет живут, - какой мощный цивилизационный скачок произошел. Ну, вы, наверное, знаете, что во времена Пушкина не было даже мыла в современном смысле. Вместо мыла использовалась такая душистая глинка – отсюда фамилия Глинки. Не было мыла. Ну и не говоря уже, конечно, о том, что не было ни автомобилей, ни самолетов, ни трамваев, ну ничего… ни телефонов, ни электрических лампочек – ничего не было. Это все произошло буквально за последние 100 – 150 лет. А уже мобильные телефоны – ну, скажем, для нашего поколения, когда мы были студентами, это казалось чем-то из ряда вон выходящим.
ВОПРОС: Как вы считаете, что еще возникнет нового в быту человека в результате дальнейших достижений при взаимодействии физики элементарных частиц и космологии – вот в быту именно?
А. Н. СИСАКЯН Конечно, можно только предположить, что произойдет. Потому что, как вы знаете, в тот момент, когда делаются какие-то открытия, то предвидеть, к чему это приведет, бывает порой достаточно трудно. И можно привести различные примеры. Вот очень хороший пример есть, знаете, когда к Майклу Фарадею, который вместе с Максвеллом, Гальвани был у истоков этого электромагнитного способа, о котором мы говорили, пришел премьер-министр Великобритании, которому он показывал работу электростатического генератора, изобретенного им. Тот ему такой же вопрос задал – а что нового даст вот ваша машина, ваше изобретение? Он на это ответил – вы знаете, господин премьер-министр, я не знаю, что оно нового даст, но я точно знаю, что ваше правительство обложит эту пользу налогом.
И действительно, через несколько лет буквально была лампочка Эдисона там, Лодыгина изобретена. И говорят, что первый налог на электроэнергию был введен именно в Великобритании. Поэтому общий ответ вот такой может быть.
Но дальше можно пофантазировать. Во-первых, действительно, давайте рассматривать эту науку как некую единую науку. И вот вы знаете, наверное, что сегодня, вообще говоря, очень ярко стоит вопрос о создании нового типа компьютеров, так называемых квантовых компьютеров. Где носителями памяти были бы какие-то микроэлементы. Вот, в частности, одним из таких претендентов может быть, например, спин частицы. То есть одно из квантовых чисел, которые в элементарной частице заложены. И если удастся такую машину реализовать, а вообще говоря, уже какие-то модельные построения есть – то можно представить себе, что можно будет действительно миниатюрный очень компьютер сделать.
И вообще говоря, абсолютно не фантастикой выглядит то, что какие-то запчасти для человеческого мозга будут изготавливаться с помощью вот такого рода приборчиков. Ну, в любом случае, я думаю, что будет стоять, вообще говоря, вопрос о связи с внеземными цивилизациями. Как ни странно, но сегодня все больше и больше говорится о том, что жизнь человека на Земле, вообще жизнь на Земле произошла в результате некоторого взаимодействия с другими цивилизациями. Потому что вы знаете, что открыты уже на Марсе какие-то следы воды. Вот наши ученые тоже принимали участие в этих работах. На Луне даже какие-то следы обнаружены, воды. То есть, конечно, развитие вот этого направления, оно приведет к тому, что будет более ясно, как вот могут осуществляться такие, например, связи. Ну, я думаю, что наверняка польза какая-то будет, а если будет, то будет и предметом, на самом деле, коммерциализации.
ВОПРОС: Вы утверждаете, что экспериментальная наука, то есть наука – в данном случае, это наука, связанная с космологией, с элементарными частицами, - она является передовой. Так вот, как вы относитесь к теоретической науке и математикам, которые в какой-то степени тоже являются передовой, передним краем науки, то есть иногда даже забегая вперед экспериментальной науки?
А.Н. СИСАКЯН Математика – это язык наук, вообще говоря… Хотя есть красивое высказывание о том, что если есть какая-то красивая математика, то она наверняка пригодится, наверняка что-то отражает. Но я думаю, что это не совсем так. Вообще говоря, я вот поэтому, может быть, чересчур напирал на мысль, что физика – вообще наука экспериментальная. Потому что в уравнениях часто сидит гораздо больше, чем реализуется в природе. Поэтому надо вот каждый раз построение математическое проверять – а какое оно отношение имеет к окружающему нас миру. Без математики, конечно, ни одна наука не способна сформулироваться, сформироваться, лучше так сказать. Но с другой стороны вот обожествлять математику тоже нельзя.
То есть я против того, чтобы считать, что любой знак, который ты увидишь в каком-то решении уравнения математического – он истина в конечной инстанции. Он становится истиной в конечной инстанции тогда, когда мы находим экспериментальное подтверждение. А если нет – то он остается гипотезой. Но пока не проверено – это не факт еще. Хотя я сам, в общем-то, теоретик, и ближе к математике, но мне кажется, что все-таки очень важно понимать, что эксперимент – критерий истинности.
ВОПРОС: Скажите, пожалуйста, как Вы считаете, целесообразны ли поиски темной материи? Не кажется ли Вам, что это является лишь попыткой утвердить уже в некотором роде устаревшие законы гравитации Ньютона, и не кажется ли Вам, что пора менять некоторые законы?
А. Н. СИСАКЯН Ну мы еще до этого момента еще не совсем дошли – вот как раз прозрачку вы видите, которая накануне темной материи и темной энергии. Я думаю, что все-таки нет. Я думаю, что все-таки нет, потому что есть много таких интересных фактов, которые говорят о том, что та часть, которую мы видим вокруг себя – это всего четыре-пять процентов, а остальное – это нечто неведомое, темная энергия, темная материя, и вы знаете, что претендентов на темную материю сейчас несколько есть. И там нейтралино, и там аксионы, и другие есть варианты, рассматриваются. И вот эта оценка массы видимой части Вселенной, она расходится, она находится в противоречии с наблюдениями астрофизическими. Поэтому сейчас вот, скажем, сразу говорить, что это какая-то попытка что-то реанимировать – по-моему, это преждевременно. По-моему, здесь предметов для исследования еще очень и очень много.
ВОПРОС:. Вы говорили про пиар адронного коллайдера. Как Вы считаете, какую роль он сыграл, важно ли это? Может, нужно все так пиарить, как коллайдер?
А. Н. СИСАКЯН Я… может быть, как раз хорошо… Вот смотрите сейчас на эту прозрачку, и тут будет содержаться частично ответ на этот вопрос. Ну, вот мы уже сейчас упомянули о том, что вот темная энергия, темная материя есть. И то, что мы видим – это всего малая часть, это всего четыре-пять процентов, видимая часть Вселенной. Здесь есть вот цитата Омара Хайяма: "Даже самые светлые в мире умы не смогли разогнать окружающей тьмы". Конечно, он не мог предвидеть этого поворота, но он интуитивно вот, может быть, нечто предвидел. У этого пиара есть две стороны. Одна сторона – ну, понимаете, в чем дело… Конечно, любой пиар, он как-то обращает внимание людей на какую-то проблему. Ну, конечно, хотелось бы, чтобы по поводу научных открытий, научных достижений был бы, по крайней мере, правдивый пиар. Справедливый. А не такой вот, когда людей страшилками привлекают к той или иной области.. И я в связи с этим хотел бы… вот посмотрите – внизу есть маленькое четверостишие. Мы как-то вот с выдающимся нашим ученым Владиленом Степановичем Летоховым на одной конференции были, где, ну, наряду с хорошими докладами были некоторые такие немножко сумасшедшие доклады. Вот, и развернулась дискуссия по поводу того… Ну, люди же любят изобретать опять вечные двигатели, еще чего-то по новой. В частности, были люди, которые хотели изобрести способ передачи информации какой-то больше, чем скорость света, с большей скоростью. И вот Летохов гениальную фразу сказал. Он сказал: "Я знаю, что может распространяться быстрее, чем свет. Это тьма".
И действительно, так оно и есть. Вот это четверостишие как раз этому посвящено, я просто так себе записал, на полях его ответ. Сойти с ума от этого ответа, летит лишь тьма быстрее света. Вот. Вот поэтому невежество, к сожалению, оно больше… Ну так же, как, вы знаете, вот человеческая натура, она очень такая, неоднозначная. С одной стороны, в каждом человеке, а вот в вас, я вижу, вообще, в исследователях – вот эта любознательность, какое-то стремление к познаванию окружающего мира. Оно буквально на уровне инстинкта сидит, это хорошо. Но вот с другой стороны, действительно, всякая чушь, она гораздо больше воспринимается обществом. Как вы знаете, достаточно часто очень пошлые песенки там, и так далее вдруг неимоверной популярностью начинают пользоваться. Поэтому вот так видимо природа создана, что разными красками она нарисовала человека – есть темные краски, есть светлые краски.
Вот по поводу пиара только так. Может быть… было бы лучше, если бы действительно какая-то информация правдивая была бы. А о том, какая это информация, правдивая или неправдивая – позже я могу просто об этом рассказать, покажу отдельные картинки.
ВОПРОС: Вы упомянули, что наука сейчас изучает внеземные цивилизации, и плюс, отвечая на последний вопрос, Вы сказали слова "интуитивно", "человеческая природа". Мой вопрос – существуют ли какие-то нравственные границы вот в современной науке, которые, очевидно, диктуются какими-то религиозными сообществами в обществе, в существующем мире. Ну вот именно те границы, которые не позволяют идти дальше по каким-то внутренним, природно-человеческим причинам.
А. Н. СИСАКЯН У меня четкое убеждение, что, вообще говоря, наука сама по себе – это вещь нравственная. Вот уже нравственными или безнравственными достижения науки делают люди, которые, вообще говоря, ставят это на поток, для того, чтобы заработать деньги. Как правило, это так происходит. Ну, либо для каких-то других целей. Так само по себе изучение атомного ядра – это благо. Но использование для уничтожения людей – это вред. Но уничтожением занимаются политики, а не ученые. Так и любое достижение может и во благо, и во вред быть использовано. И, к сожалению, даже такое хорошее и простое изобретение, как изобретение автомобиля – сколько оно человеческих жизней уносит?
Поэтому мне кажется, что Ваш вопрос все-таки нужно так ставить, что разделять – что наука наукой, а вот уже как человек использует эти достижения – это другое. И уже, конечно, вот любое оружие в руках дикаря – это зло. А в руках разумного человека это должно быть добро. Ну, наверное, это наивный подход. Но в то же время, я думаю, в этом что-то есть. Но заранее объявлять какую-то науку безнравственной нельзя. Потому что… ну, может быть, вот так вот на первый взгляд кажется, что можно вообще запретить, сказать – давайте мы прекратим вот эти стволовые клетки изучать, потому что там, как правило, их из продуктов абортов делают, безнравственно. Ну и так далее. Что давайте не о клонирование не будем думать. Ну а вдруг это действительно будет вот тот ресурс, который позволит проблему трансплантации решить раз и навсегда. Здесь вопрос, кто перейдет эту черту нравственную, а кто не перейдет.

Завтра мы продолжим этот разговор, но он будет в основном уже на конкретных примерах того, что сегодня делается в лабораториях Дубны, в лабораториях других центров мира. Вот по изучению вот этих наук о строении материи и … Я думаю, что ну некоторые тоже такие нравственные проблемы, связанные с развитием науки, мы тоже попробуем рассмотреть в связи с тем, как сегодня развивается наука в мире. Спасибо.