Жорж Шарпак - Спогади вигнанця, фізика, громадянина світу, Жорж Шарпак

сучасні науки. Симетрія, група, вишуканість, гармонія, розумна простота — все це завжди є в комплексі. Так, Анрі Пуанкаре64 відкрив більшу частину теорії відносності, досліджуючи, яка з груп, яка з симетрій мовчазно ховається за законами Максвелла. Розмаїття симетрій та когерентність законів.

Звичайно, є й протилежність гармонії. Найкраще її ілюструє відповідь, яку Гайнріх Герц (який експериментальним способом довів електромагнітну природу світла) дав слухачам, що запитали його, які фундаментальні принципи лежать в основі законів Максвелла. Він відповів приблизно так: «Окрім рівнянь, які втілюють ці закони, жодних принципів немає». Іншими словами, на певному ступені закони дуже далеко відходять від звичних слів і філософської думки. Їхні задуми та склад формалізуються, тобто на останній стадії пояснити їх можна лише мовою математики. Легендарна відповідь Герца датується не пізніше 1894 р. (це рік його смерті), а дві опори сучасних наукових законів — відносність і квантова механіка — з’явилися, відповідно, аж у 1905 та 1925—1926 рр., повністю підтвердивши твердження вченого. Адже ці дві фундаментальні теорії — всесвітнього вмістилища, що складається з часу і простору, та всесвітнього вмісту, складеного з частинок і променів — найформальніші з-поміж усіх. Можна ще раз повернутися до твердження Герца і зауважити, що нині існує простий принцип, з якого легко вивести рівняння Максвелла: світло складається з фотонів, частинок із нульовою масою та спіном 1. Це зауваження посідає почесне місце в Палаці Законів, утім, воно є дещо наївним, адже уявлення про нульову масу має сенс лише у зв’язку з теорією відносності, а уявлення про спін передбачає обізнаність у квантовій механіці. Отже, хоч би що ми робили, сучасна наука в самій своїй основі вкрай формалізувалась і вимагає змагання двох тісно пов’язаних команд: експериментаторів і теоретиків. Звідси й мрії про інший шлях, що їх плекає кожен член такої команди: одні прагнуть наблизитися до дійсності, інші — до суті, але для цього слід прожити стільки ж, скільки пощастило героєві п’єси Джорджа Бернарда Шоу «Повернення до Мафусаїла», де людське життя триває триста років65. Одначе такі випадки, як відомо, вкрай рідкісні.

Гора Аналог

Найбільшим відкриттям початку ХХ ст. стало відкриття атома — універсального складника всього, що існує довкола нас. «Цибулину» матерії помалу-малу роздягали, дошукуючись численних рівнів сутності, за висловом класичної філософії. Сутність «атом» переділялася на дві тонші сутності — електрон і ядро. Так було у 1911 р. А в 1930-х роках з’ясувалося, що ядра складаються з двох елементарних сутностей або ж із двох різновидів частинок — протонів і нейтронів. У 1970—1980-х роках прийшли до створення Стандартної моделі, описаної Франсуа Вануччі в попередньому розділі; Стандартна модель містила кварки, лептони та вектори — частинки, які «перевозять» взаємодії (сильні, слабкі та електромагнітні). Дух захоплювало від цього занурення в саме серце матерії! Проте всі частинки — звичайні (скажімо, електрони, які «оживлюють» телевізор) або окультні (себто загадкові, практично недосяжні, на кшталт кварків) — лише піони у грандіозній фізичній грі. Без правил гри — тобто без законів — вони безпорадні. Перефразовуючи відомий шкільний вислів, можна сказати, що досвід, подібно до Жана Расіна, вказує на реальну сутність, а теорія, достоту П’єр Корнель, показує, якою ця сутність могла би бути66.

Про результати теоретичних досліджень розповісти складніше, ніж про практичний експеримент — останній на перший погляд простий: «цеглини», нашарування «цеглин», що сходинками спускаються від атома до ядер, а далі до протонів і кварків, начебто нічого складного. Проте опис теорії — справді «корнелівська» проблема, адже там усе проходить через надскладні математичні формули, що їх ми не будемо переказувати тут. Хоча саме в них міститься Прекрасне. Що ж робити? На щастя, для переказування дуже складного або серйозного сюжету є дуже просте випробуване старе рішення — міт, казка, що дозволяє сказати все, закликавши уяву. Що ж, так і зробімо. Образ запозичмо у Рене Домаля (1908—1944) — письменника, який змалював свій внутрішній шлях у вигляді сходження на крутий схил «гори Аналог»67; сходження, яке в нашому випадку приведе до квантових законів і Стандартної моделі та не відхилятиметься від історії науки.

Назва гори — Аналог — пояснюється відстанню, що її сучасна фізика встановила між конкретною дійсністю і законами. Експериментальна фізика дозволяє отримати однозначні числові дані, одначе лише за допомоги апаратів, розміри і складність яких прямо залежать від того, щó саме вивчається. З одного боку, маємо атом або щось менше за атом, з іншого — розумну машину, напхану надсучасним обладнанням: це ніби роздивлятися горобця з носу велетенського літака. Результат, звісна річ, точно визначено, але він украй незначний, і, зрештою, експериментальне спостереження що далі, то дає нам менше. Доводиться повертатися до теорії відновлення загальної картини, проте робота для цього потрібна колосальна. Треба не лише поєднати дві незрівнянні величини — горобця-атом і літак-апарат, — а й повністю перейти до світу, де немає нічого знайомого, до світу квантів, де інтуїція зраджує нас, а слова не здатні передати послання. Це — інший світ, світ ієрогліфів, переклад яких звичайними словами скидається на абсурд. Саме тому ми обираємо Аналог — адже цей образ допомагає переказати світобудову під кутом зору квантової теорії у формі міту, не вдаючись до математичних структур.

Екскурсія до світу квантових законів починається у 1900—1913 рр. Тоді ніхто не сумнівався у класичній фізиці, яка, за словами лорда Кельвіна, завершилася. Її уявляли як щось пласке, викладене товстими плитами — шлях, який дозволяв безперешкодно дістатися гори Аналог, загубленої в туманах. Уважалося, що атом теж повинен підкоритися класичним законам, а ми додали би до них кілька уточнень відповідно до його розмірів. Спершу на те вийшло. Успішно побудували дві паралельні фізичні системи. Перед очима був приклад вібратора — «гармонійного осцилятора», що його можна було знайти у вібраціях світла або кристала. Був і атом водню, що його можна було представити як мікроскопічну планетну систему, де замість сонця — ядро, замість планети — електрон, а сила електричного притягнення заступала гравітацію. Наслідки, що їх можна було порівняти дослідним способом, були досить переконливі, тож шлях тоді торували такі провідники, як Макс Планк, Айнштайн і Нільс Бор68.

Ми вже знаємо, що було далі, тож цей початок нас ошелешує. Ми знаємо, що насправді класичну фізику — щось сприймане як пласке — від квантових мурів гори Аналог відділяє справжня прірва, до якої ми ще повернемось. Перейти цю безодню можна лише двома містками, де її краї — класичний і квантовий — зближаються, мов ключ і замкова щілина. Без цієї особливості, без цього шансу, досі належно не оціненого, довелось би століттями блукати, так і не наблизившись до схилів гори Аналог, пізнавши лише кілька відблисків світу квантів. Тут варто процитувати Айнштайна, який полюбляв