«Тренды в науке во многом определяются деньгами» Брайан Грин о теории струн, будущем науки и звездных ученых

Американский физик Брайан Грин — один из самых больших популяризаторов науки в мире (настолько известный, что был гостем «Теории большого взрыва»), автор нон-фикшна о космосе и вселенных, цикла документальных фильмов, основатель Всемирного фестиваля науки в Нью-Йорке. Самая известная книга Грина, с которой и началась в 1999 году его просветительская деятельность, — «Элегантная Вселенная», один из главных мировых бестселлеров, проливающих свет на теорию струн.

Теория струн предполагает, что все элементарные частицы, из которых состоит материя, на самом деле являются крохотными колеблющимися петлями, они и называются струнами. Математика теории струн требует, чтобы наша Вселенная была не четырехмерной (три пространственных измерения и одно временное), а десятимерной или даже двадцатишестимерной. Специалисты по струнам предполагают, что дополнительные измерения очень туго свернуты — и поэтому мы не можем их увидеть.

Теория струн приобрела в 80–90-е годы невероятную популярность, ведь она может решить главную проблему современной физики — связать эйнштейновскую теорию относительности, описывающую законы природы в очень большом масштабе, и квантовую механику, объясняющую поведение микроскопических объектов. Но есть одна существенная проблема: никому до сих пор не удалось поставить опыт, который бы доказал, что мир действительно состоит из микроскопических петелек, а пространство — десятимерно. Ученые надеялись, что косвенные подтверждения этому удастся найти с помощью Большого адронного коллайдера, но проведенные эксперименты ни к чему не привели. Пока опытное подтверждение теории струн не найдено, она остается красивой теорией на бумаге, набором уравнений — скорее математикой, чем физикой. Многие исследователи разочарованы, но некоторые продолжают верить в реальность струн.

— Как коллеги-ученые относятся к вашей популяризаторской деятельности? Многие ученые считают это не очень серьезным занятием.

— Действительно, среди ученых не все уверены, что рассказывать о науке широкой аудитории полезно. Но отношение меняется. Раньше в научном сообществе к популяризации науки относились как к бесполезной забаве, но в последние годы произошел сдвиг: лучшие ученые уверились, что рассказывать о науке людям очень важно ради будущего самой науки.

— Когда и почему произошел этот сдвиг?

— Думаю, он был постепенным и начался в 70-е годы. А причины здесь две. Во-первых, ученые — во всяком случае в США — стали хорошо понимать, что деньги на науку дает преимущественно государство, читай — налогоплательщики. Если не объяснять людям, что наука важна и полезна, рано или поздно и платить за нее перестанут. Вторая причина: ученым это просто стало доставлять удовольствие. Вы берете идею, которая является для широкой публики чем-то сложным, далеким от реального мира, и стараетесь объяснить ее доступно. Если это удается, вы моментально получаете тысячи, даже десятки тысяч человек, которым вдруг стала страшно интересна ваша деятельность. Наука ведь довольно сильно изолирует от людей. Каждый день в лаборатории, в своем кабинете вы делаете работу, которая понятна только горстке профессионалов, — и так всю жизнь. Вот вы публикуете научную статью, ее прочитает десять человек или от силы сто, если уж очень повезло. Занимаясь популяризацией, вы как будто выпускаете из своего кабинета тысячи щупалец, которые соединяют вас с внешним миром.

— Но люди прагматичны. Как объяснить налогоплательщикам, что им нужно платить за какие-то заумные фундаментальные исследования?

— Возьмите квантовую механику: она возникла в начале XX века и занималась вещами, которые казались очень далекими от опыта не только повседневного, но и научного. Но прошло сто лет, и сегодня без квантовой механики не работало бы большинство устройств, которые мы используем, — от мобильных телефонов и лэптопов до медицинских приборов, ежедневно спасающих жизни многим людям. Оторванная от реальности научная теория привела к появлению технологий, которые существенно изменили нашу жизнь.

— Вы сами в последнее время в основном рассказываете о космологии — от нее ожидать реальных приложений даже через сто лет довольно сложно.

— С космологией все намного проще, чем с той же квантовой математикой или теорией струн. Все любят смотреть в ночное небо, все задумываются о том, что там находится и откуда это взялось. Смотрите, практически каждое религиозное учение содержит миф о создании — потому что это волнует абсолютно всех. И наконец у нас появилась настоящая наука — космология, которая может дать кое-какие ответы на волнующий всех многие тысячи лет вопрос «Откуда все взялось?». Более того, в правильности этих ответов мы можем удостовериться. Для большинства людей этого вполне достаточно, чтобы понять значимость космологии. Любопытство — основа человеческой природы.

— Ваша первая и самая известная книга «Элегантная Вселенная» рассказывает о теории струн. Как ученый вы являетесь видным специалистом в этой же теории. Но в последнее время теория струн переживает не лучшие времена, многие перестают в нее верить. Расскажите, что происходит?

— Любая теория переднего края науки неизбежно проходит через такие этапы. Сначала всеобщее возбуждение, потом сомнения, потом новые идеи — и вновь возбуждение. Горячий интерес сменяется охлаждением снова и снова — это характерная черта любого большого научного открытия, а к нему я отношу и создание теории струн.

Но каково будущее теории струн, станет ли она, как мы предполагали, основой единой теории — квантовой гравитации, окажется ли ступенькой к построению единой теории или вообще не будет иметь к ней отношения? Это очень, очень сложно предсказать, выводы можно будет делать только по факту.

Если вы хотите знать мое мнение, идеи теории струн невероятно элегантны и самосогласованны, и это опять же отличительная черта теорий, имеющих не сиюминутное значение. Будет ли это значение в том, что теория струн даст нам окончательное понимание устройства мира или она станет частью еще большей картины, — я не знаю. В последние годы распространилось представление, что с теорией струн что-то не в порядке, что она неверна, что она каким-то образом провалилась, но все это чушь. Сегодня теория струн дает не меньше оснований для вдохновения, чем десять лет назад. Даже больше! За это время она была существенно пересмотрена, и эволюция продолжается до сих пор.

— Адепты теории струн надеялись, что эксперименты на Большом адронном коллайдере дадут какие-то экспериментальные доказательства того, что теория струн способна предсказывать события реального мира, но этого — ко всеобщему разочарованию — не произошло. Получается, эволюция теории струн — это движение из физики в абстрактную математику?

— Да, на БАКе ничего найти не удалось. Это было бы огромным прорывом, если бы эксперименты доказали существование дополнительных измерений или суперчастиц — того, на что надеялись специалисты по теории струн. Но эта неудача не означает, что мы ничего не найдем в будущем: БАК пока остановлен, но он продолжит работу в 2015–2016 годах, при этом энергия столкновения частиц в нем значительно возрастет. Эксперименты проведены далеко не при всех возможных условиях, у нас есть еще множество незакрытых окон.

— Но их остается все меньше и меньше.

— Да. Конечно, было бы здорово, если бы мы нашли экспериментальные подтверждения теории струн в ту же секунду, когда коллайдер был запущен. Но большинство специалистов, я в том числе, еще перед запуском коллайдера предупреждали: у нас мизерные шансы найти что-то при этих энергиях. Так что пока с теорией не произошло никакой катастрофы.

Означает ли неудача с БАКом, что теория струн движется из физики в математику, как вы сказали? Я считаю, что про это рано говорить. Скажу осторожно: если никаких экспериментальных доказательств не будет найдено и при следующем запуске коллайдера мы сделаем вывод, что вероятность увидеть еще более мощную машину до конца жизни (которая сможет найти нужные для подтверждения теории струн данные) будет очень мала, — вот тогда, пожалуй, я соглашусь, что теория струн стала скорее математической теорией, чем физической. В том смысле, что если физическая теория по чисто технологическим причинам не может быть проверена опытом, то это действительно, в сущности, просто набор абстрактных уравнений. Но и это не будет значить, что теория неверна.

А вот если в какой-то момент окажется, что теория неверна, несостоятельна сама по себе, вот тогда я буду серьезно заинтригован. Если бы мы обнаружили, что теория струн несостоятельна математически, внутренне противоречива, — это было бы ошеломляющим достижением. И я был бы в каком-то смысле счастлив: мы наконец убедились бы, что теория струн — неправильный путь, это бы всех освободило от ее пут.

— В вашей книге, которая написана в 1999 году, вы знакомите читателей с теорий струн как с чем-то, что вот-вот даст окончательные ответы на все основные вопросы физики. Если бы вы писали эту книгу сегодня, ваш тон был бы более осторожным?

— Не сказал бы. Скажем так, книге понадобилось бы несколько новых глав — о написании которых, кстати, меня уже попросил издатель. Пока не знаю, стану ли это делать. Одна из глав как раз и была бы посвящена тому, что произошло или, вернее, не произошло на Большом адронном коллайдере. И я бы обязательно написал, что для подтверждения теории нужно строить еще более мощные экспериментальные машины. Сегодняшняя книга нуждалась бы в главе, описывающей удивительные достижения в физике черных дыр, которые появились благодаря теории струн. Ну и я бы написал новое заключение — что будет дальше, когда стоит ждать доказательств, что теория струн имеет отношение к реальному миру.

А вот если бы я стал писать эту же книгу в 2016 году и к тому времени оказалось бы, что БАК снова ничего не нашел, я был бы куда менее оптимистичен, не стал бы утверждать, что на нашем веку экспериментальные подтверждения теории струн будут найдены. И тогда я считал бы, что наша главная задача — вдохновить следующие поколения, которым, может быть, удастся создать новые, более мощные, а главное, более дешевые технологии. Ведь одна из современных проблем со строительством новых установок связана с деньгами, собирать необходимые для этого десятки и даже сотни миллиардов долларов невероятно тяжело. Возможно, через два или три поколения понадобятся куда меньшие суммы — и их можно будет собирать с помощью краудфандинга.

— Не боитесь разочарования? Вы вложили в теорию струн столько усилий и времени, а она, может быть, не имеет отношения к реальности.

— У людей может быть разная мотивация к научным исследованиям. Лично у меня такая: я хочу быть частью той группы людей, которые со времен древних греков полностью посвящают свою жизнь глубокому познанию мира. И в этом познании есть три пути. Если повезет, вы придумаете идеи, которые позже будут подтверждены природой. Второй путь — вы можете придумать идеи, на основании которых уже другие ученые смогут узнать что-то новое о мире. Наконец, вы можете создать неверную теорию, но благодаря вам другие не пойдут по этому тупиковому пути. К какому из этих вариантов относится теория струн — пока неизвестно. Но все это пути научного прогресса.

Буду ли я разочарован, если теория струн окажется неверной? Да, до некоторой степени. Но таковы правила игры. Мои коллеги и я следуем нашей интуиции, которая говорит, что наш подход к чему-то должен привести. И потом — значительную часть удовольствия от науки приносит процесс, а не результат. А процесс получается очень интересный. Результаты моей работы, например, уже привели к новым открытиям в математике, а математикам совершенно все равно, будут ли у нашей теории экспериментальные подтверждения. Что бы ни случилось с теорией струн, эти достижения в науке уже точно останутся.

— Вас не беспокоит, что в последнее время появилось много визионерских физических теорий, которые тем красивее и интереснее для широкой аудитории, чем дальше они находятся от экспериментального подтверждения? Это и теория множественных вселенных, и суперсимметрия, и теория струн, и много чего еще: ведь легко построить смелую теорию о Большом взрыве, который никто не видел, или о внутреннем устройстве элементарных частиц, заглянуть в которое не может даже Большой адронный коллайдер.

— Когда я выступаю перед широкой аудиторией, я всегда подчеркиваю преемственность: новые идеи основаны на старых. У меня нет цели рассказывать исключительно о самых удивительных и свежих концепциях. В развитии науки есть чудесный ритм: теория развивается, потом она находит экспериментальное подтверждение, а это вскрывает новый уровень понимания устройства мира и приводит к новым теоретическим идеям — и они снова подтверждаются. И сейчас мы именно в той части этого цикла, где на основе уже подтвержденных опытом теорий появились новые идеи. Многие из них еще не нашли доказательств, а некоторые никогда и не найдут. Меня самого будоражат как раз не новые смелые конструкции, а вот этот самый ритм познания.

— Вам не кажется, что нынешняя наука — и в особенности физика — находится в уникальном положении? Мы знаем о мире небывало много, а новые теории настолько смелы, что мы вряд ли сможем убедиться в их правильности в обозримом будущем. Не слишком ли это соблазнительная ситуация для человеческой безудержной фантазии?

— Я с вами не совсем согласен. Именно наши знания о мире, например, стандартная модель элементарных частиц, теперь дополненная бозоном Хиггса, или имеющееся представление о космологическом устройстве Вселенной, как раз и ограничивают нашу фантазию. Любая новая теория должна соотноситься с тем, что мы уже знаем, и это очень жесткое условие. Нелегко, сидя за столом, вдруг нафантазировать сумасшедшую теорию так, чтобы она была совместима с невообразимым объемом экспериментальных данных, которые у нас уже есть. Так что фантазия наша в узде.

— Насколько я знаю, вы сейчас занимаетесь не только струнами, но и темой, связанной с основаниями квантовой механики. Вам не кажется, что там возникают вопросы, которые скорее должны быть в компетенции философов?

— Я ужасно не люблю, когда возникающие в квантовой механике проблемы называют философскими вопросами. Можно подумать, если пара философов занимается этими вещами, так это больше не физика. Но это вообще-то не какие-то гуманитарные разговоры, это вопросы о том, является ли квантовая механика правильно определенной физической теорией и как именно она делает предсказания.

— Теоретическая физика, безоговорочно самая популярная наука середины прошлого века, сейчас сдает свои позиции. Вам так не кажется?

— Ну не совсем сдает, все-таки мы занимаемся вопросами, которые интересуют людей тысячи лет: откуда взялась Вселенная, из чего она сделана и так далее. Разве можно придумать более занимательный повод для исследований? Но в последнее время действительно стали развиваться совершенно новые научные дисциплины, некоторые, пожалуй, дадут теоретической физике фору в привлекательности для молодых людей. Скажем, в нейронауках сейчас происходят удивительные события. Мы близки к возможности разобрать мозг по частям, как конструктор. Скоро сможем понять физические процессы, которые стоят за нашими ментальными способностями. Я легко могу себе представить, что студенты со способностями к физике могут решить приложить их не к познанию Вселенной, а к исследованиям мозга и сознания. Ну, и нельзя забывать, что тренды в науке во многом определяются деньгами. В середине прошлого века потребность в ядерном оружии оплачивала теоретическую физику. Сейчас много денег инвестируют как раз в исследование мозга.

— А чему вообще человечеству стоит уделить внимание в первую очередь? О чем нам следует волноваться?

— Мы тратим довольно много времени, чтобы найти ответ на вопрос: откуда мы пришли? Но есть обратный вопрос: к чему мы движемся? Сохранится ли человечество в далеком будущем? Сможем ли мы заселить другие планеты Солнечной системы или нашу галактику? Предполагаю, что ответ положительный. Неизвестно только, хватит ли нам разума и предусмотрительности, чтобы сконцентрировать свои ресурсы на достижении этой цели. Причем, вполне возможно, ценой отказа от чего-то, что мы стали бы делать, оставаясь на Земле. Надеюсь, что хватит, но это сложная проблема — здесь, на нашей планете, потребности человечества растут, и удовлетворять их все сложнее. Поиск баланса между фундаментальной наукой, фундаментальными исследованиями и базовыми потребностями все быстрее растущего населения Земли будет очень напряженным. Проще говоря, меня волнует, что мы рискуем, уделяя слишком много внимания проблемам сегодняшнего дня, забыть о проблемах завтрашнего.