Текст книги "Мечты об окончательной теории: Физика в поисках самых фундаментальных законов природы"

Автор книги: Стивен Вайнберг

сообщить о нарушении

Текущая страница: 18 (всего у книги 19 страниц)

Есть и еще одно отличие религиозного откровения от научного эксперимента. Уроки религиозного опыта могут приносить глубокое удовлетворение, по контрасту с абстрактным и внеличным взглядом на мир, получаемым от научного исследования. В противоположность науке, религиозный опыт может придать смысл нашим жизням, сделать нас участниками великой космической драмы греха и искупления и предложить нам обещание существования после смерти. Именно по этим причинам я вижу в уроках религиозного опыта несмываемую печать стремления принять желаемое за действительное.

В моей книге «Первые три минуты», изданной в 1977 г., я был настолько неосторожен, что бросил фразу: «Чем более постижимой представляется Вселенная, тем более она кажется бессмысленной». Я имел в виду не то, что наука учит нас, будто Вселенная бессмысленна, а то, что сама Вселенная не указывает нам на смысл своего существования. Я поспешил добавить, что мы сами можем придать смысл своей жизни, в том числе, сделав попытку понять Вселенную. Но слово было сказано, и эта фраза с тех пор меня преследует[227]Б227
  Более подробно см. Levinson S. Religious Language and the Public Square // Harvard Law Review 105 (1992): 2061; Midgley M. Science as Salvation: A Modern Myth and Its Meaning (London: Routledge, 1992).


[Закрыть]. Недавно Алан Лайтман и Роберта Бравер опубликовали интервью с двадцатью семью космологами и физиками[228]Б228
  Lightman A. and Brawer R. Origins: The Lives and Worlds of Modern Cosmologists (Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1990).


[Закрыть], почти каждому из которых в конце задавался вопрос, что они думают об этом замечании. С небольшими отклонениями десять из интервьюируемых согласились со мной, а тринадцать – нет. Однако из этих тринадцати трое выразили несогласие, так как вообще не поняли, почему кто-то должен ожидать, что во Вселенной должен быть смысл. Гарвардский астроном Маргарет Геллер задает вопрос: «Почему у нее должен быть смысл? Какой смысл? Я всегда удивлялась этому высказыванию». Астрофизик из Принстона Джим Пиблс замечает: «Меня заставляют поверить, что мы все – плавающие обломки какого-то кораблекрушения». (Пиблс также высказал гипотезу, что в тот день, когда я это писал, у меня было плохое настроение.) Еще один Принстонский астрофизик, Эдвин Тернер, согласился со мной, но предположил, что я сделал это замечание, чтобы подразнить читателя. Больше всего мне нравится ответ моего коллеги по Техасскому университету астронома Жерара де Вокулера. Он сказал, что мое замечание кажется ему «ностальгическим». Конечно, он прав – это ностальгия по миру, в котором небеса возглашают славу Божию.

Около полутора веков назад Мэтью Арнольд увидел в океанском отливе прекрасную метафору, описывающую угасание религиозного чувства, и услышал в звуках воды «ноту печали»36)А36
  Из стихотворения Мэтью Арнольда «Dover beach» («Дуврский берег»).


[Закрыть]. Было бы замечательно обнаружить в законах природы план, заготовленный заинтересованным Создателем, в котором человеческим существам отводилась бы специальная роль. Я испытываю печаль, когда высказываю сомнение в этом. Некоторые из моих ученых коллег утверждают, что познание природы дает им полное духовное удовлетворение, которое другие люди традиционно находят в вере в заинтересованного Бога. Возможно, что кто-то действительно так чувствует. Я – нет. И мне не поможет, если я по примеру Эйнштейна отождествлю законы природы с каким-то отстраненным и незаинтересованным Богом. Чем больше мы уточняем наши представления о Боге, чтобы сделать это понятие приемлемым, тем больше оно кажется бессмысленным.

Вероятно, я кажусь белой вороной среди современных ученых, когда проявляю интерес к подобным вещам. В тех редких случаях, когда за обедом или за чаем заходит разговор о религии, самая сильная реакция, которую выражает большинство моих коллег-физиков, увидев, что кто-то все еще способен серьезно обсуждать эти проблемы, – это тихое удивление и улыбка. Многие физики сохраняют номинальное уважение к вере своих родителей, как к форме этнической идентификации, а также как к обряду, полезному при свадьбах и похоронах, но мало кто из них уделяет внимание теологическим проблемам. Я знаком с двумя специалистами по общей теории относительности, являющимися набожными католиками, несколькими физиками-теоретиками, благоговейно относящимися к иудаизму, одним православным экспериментатором, одним теоретиком – убежденным приверженцем ислама и математиком, получающим указания свыше в англиканской церкви. Нет сомнения, что есть и много других глубоко религиозных физиков, с которыми я незнаком, или которые скрывают свои религиозные убеждения. Но, насколько я могу судить по собственным впечатлениям, большинство физиков сегодня интересуются религией недостаточно даже для того, чтобы их можно было считать действующими атеистами.

В определенном смысле религиозные либералы еще дальше отошли от ученых по духу, чем фундаменталисты и другие религиозные консерваторы. Последние, по крайней мере, утверждают, как и ученые, что они верят в то, во что они верят, потому что это правильно, а не потому что от этого становится легче и счастливее жить. В наши дни многие либералы от религии полагают, что разные люди могут верить в разные взаимоисключающие вещи, и все они правы, если только их верования «работают на них». Один верит в перерождение душ, другой – в рай и ад, третий – в то, что душа исчезает после смерти; и ни про одного из них нельзя сказать, что он не прав, до тех пор, пока каждый получает духовное удовлетворение от своих верований. Как говорила Сьюзен Зонтаг, нас окружает «неопределенная набожность» [229]Б229
  Sontag S. Piety Without Content // Against Interpretation and Other Essays (New York: Dell, 1961). (Рус. пер. Зонтаг С. Против интерпретации. Сб. статей. М., 1988.)


[Закрыть]. Все это напоминает мне историю про Бертрана Рассела. В 1918 г. его осудили на тюремное заключение за антивоенную деятельность. Следуя принятым правилам, тюремщик спросил Рассела о его религии. Рассел ответил, что он агностик.

Тюремщик был немного озадачен, затем просиял и сказал: «Я понял. В конце концов все мы поклоняемся одному Богу, не так ли?»

Как-то Вольфганга Паули спросили, не кажется ли ему, что одна запутанная научная статья просто ошибочна. Он ответил, что это определение слишком мягко – статья даже не ошибочна. Я полагаю, что религиозные консерваторы ошибаются в том, во что они верят, но по крайней мере они не забыли, что вообще означает вера во что-нибудь. Религиозные либералы, по-моему, даже не ошибаются.

Можно часто услышать, что в религии важна не теология, а то как религия помогает нам жить. Удивительно, что проблемы существования Бога, его природа, понятия благодати и греха, ада и рая, – все это оказывается неважным! Позволю высказать предположение, что люди считают богословские проблемы выбранной ими религии не столь важными, потому что не могут заставить себя признать, что они во все это верят. Однако на протяжении веков и сейчас в разных частях света люди разделяют те или иные богословские теории и считают их для себя очень важными.

Конечно, кого-то отталкивает интеллектуальная распущенность религиозного либерализма, но все же главная опасность таится в консервативной догматической религии. Безусловно, она также внесла огромный вклад в формирование моральных принципов и в искусство. Здесь не место обсуждать, как нам уравновесить на чашах весов этот вклад с одной стороны и долгую жестокую историю крестовых походов, джихада, инквизиции и погромов с другой. Мне хотелось бы только подчеркнуть, что подводя этот баланс, неправильно считать, что религиозные гонения и священные войны являются извращениями истинной веры. Такое предположение кажется мне симптомом широко распространенного отношения к религии, в котором соединяются глубокое уважение вместе с глубоким отсутствием интереса. Многие великие мировые религии учат, что Бог требует безоговорочной веры и определенного почитания. Неудивительно, что некоторые люди, воспринимающие всерьез эти учения, будут искренне считать божественные указания несравненно более важными, чем любые мирские добродетели вроде терпимости, сострадания или разума.

Темные силы религиозного фанатизма набирают силу по всей Азии и Африке, и даже в светских государствах Запада разум и терпимость подвергаются опасности. Историк Хью Тревор-Ропер заметил, что распространение духа науки в XVII и XVIII вв. привело в конце концов к прекращению сжигания ведьм[230]Б230
  Trevor-Roper H.R. The European Witch-Craze of the Sixteenth and Seventeenth Centuries, and Other Essays (New York: Harper & Row, 1969).


[Закрыть]. Возможно, нам следует опять обратиться к науке, чтобы сохранить мир разума. И главную роль здесь может сыграть не уверенность в научных знаниях, а их неопределенность. Когда мы видим ученых, все время меняющих свои взгляды на явления, которые можно изучать непосредственно в лабораторных экспериментах, как можем мы относиться серьезно к притязаниям религиозной традиции или священных книг на какое-то знание о вещах, недоступных человеческому опыту?

Конечно, наука внесла свой вклад в мировые проблемы, но, главным образом, дав нам средства для убийства друг друга, но не повод. Когда для оправдания совершаемых ужасов привлекали видных ученых, речь всегда шла о научных извращениях, вроде нацистского расизма или евгеники. Как сказал Карл Поппер, «достаточно очевидно, что не рационализм, а иррационализм ответственен за все жестокости национализма и агрессивность как до, так и после крестовых походов, однако я не знаю ни одной войны, которая велась бы с “научной” целью и была бы инспирирована учеными»[231]Б231
  Popper K.R. The Open Society and Its Enemies (Princeton, N.J.: Princeton University Press, 1966), p. 244. (Рус. пер. Поппер K.P. Открытое общество и его враги. М., 1992.)


[Закрыть].

К сожалению, я не думаю, что можно с помощью рациональных аргументов овладеть научным способом мышления. Давно еще Дэвид Юм заметил[232]Б232
  См. его Трактат о природе человека (1739).


[Закрыть], что, взывая к нашему прошлому опыту успешного использования научного мышления, мы предполагаем справедливость того самого способа мышления, который пытаемся проверить. Точно так же все логические аргументы могут быть опрокинуты простым отказом логически мыслить. Поэтому невозможно просто отбросить вопрос, почему, если мы не находим в законах природы желанного душевного покоя, мы не должны искать его где-нибудь еще – в том или ином духовном авторитете или, наоборот, в смене веры?

Решение о том, верить или не верить, не совсем полностью находится в наших руках. Может быть, я чувствовал бы себя счастливее и оказался бы лучше воспитан, если бы думал, что происхожу от китайских императоров, но никаким усилием воли я не могу заставить себя поверить в это, точно так же, как не могу заставить остановиться свое сердце. Иногда кажется, что многие люди способны осуществлять контроль над тем, во что они верят, и сами выбирают, какая вера принесет им больше счастья или удачи. Самое интересное описание того, как этот контроль может действовать, можно встретить в романе Джорджа Оруэлла «1984». Герой романа, Уинстон Смит, записывает в своем дневнике, что «свобода означает свободу говорить, что два плюс два равно четырем». Инквизитор О’Брайен воспринимает это как вызов и ставит задачу заставить Смита изменить свое мнение. Под пыткой Смит, конечно, готов сказать, что два плюс два равно пяти, но не к этому стремится О’Брайен. В конце концов, боль становится такой невыносимой, что с целью избавиться от нее Смит заставляет себя поверить, что два плюс два равно пяти. На время О’Брайен удовлетворен, и пытка прекращается. Во многом похожим образом боль от столкновения с перспективой нашей собственной смерти и смерти тех, кого мы любим, заставляет нас выбрать ту веру, которая смягчает эту боль. Если мы способны таким образом настроить наши верования, то почему бы этим не воспользоваться?

Я не вижу никаких научных или логических оснований не искать утешения путем настройки наших верований: такие основания связаны только с моралью или чувством чести. Что бы мы подумали о человеке, который сумел убедить себя, что он обязательно должен выиграть в лотерею, поскольку страшно нуждается в деньгах? Кто-то может поддержать его большие ожидания, но большинство будет думать, что этот человек не оправдывает своей роли взрослого, рационально мыслящего человеческого существа, способного трезво глядеть в лицо действительности. Подобно тому, как каждый из нас с возрастом учится преодолевать искушение серьезно относиться к таким вещам, как лотереи, все мы должны постепенно понять, что мы не являемся звездами в какой-то великой космической драме.

Тем не менее, я ни в коем случае не думаю, что наука когда-либо подарит такое же утешение перед лицом смерти, какое дает вера. Наилучшее известное мне изложение этого экзистенциального выбора можно найти в «Церковной истории Англии»[233]Б233
  Bede. A History of the English Church and People / Trans. Leo Sherley-Price and rev. R.E. Latham (New York: Dorset Press, 1985), p. 127.


[Закрыть], написанной Бедой Достопочтенным примерно в 700 г. н.э. Беда рассказывает, как король Англии Эдвин Нортумбрийский собрал в 627 г. совет, чтобы решить, какую религию принять подданным его страны, и приводит следующую речь одного из приближенных короля:

«Ваше Величество, когда мы сравниваем теперешнюю жизнь человека на Земле с той, о которой мы ничего не знаем, она представляется мне быстрым полетом одинокого воробушка через банкетный зал, где Вы пируете зимним днем вместе со своими танами и советниками. Посередине уютно горит огонь, обогревающий зал, а снаружи бушует ветер и валит снег. Этот воробушек влетает в одну дверь зала и вылетает в противоположную. Пока он внутри, он в безопасности от зимних штормов, но после нескольких мгновений уюта он исчезает из виду в снежных вихрях, из которых только что появился. Точно так же и человек ненадолго появляется на Земле. Но о том, что предшествовало его жизни, или что будет после нее, мы не знаем ничего…»

Почти непреодолимо искушение поверить вместе с Бедой и королем Эдвином, что за стенами банкетного зала должно быть еще что-то для нас. Честь противостоять этому искушению – всего лишь крохотный противовес утешению в вере, но и само это противостояние иногда приносит удовлетворение.

Глава XII. В округе Эллис

Мамы, не давайте своим детям вырастать ковбоями,

Не разрешайте им бренчать на гитарах и водить старые грузовики. Пусть лучше из них выйдут доктора и адвокаты.

Эд и Петси Брюс

Округ Эллис штата Техас находится в сердце региона, который когда-то был величайшей областью, где выращивали хлопок, на планете. В главном городе округа Ваксахачи нетрудно заметить следы былого хлопкового процветания. В центре города возвышается построенное в 1895 г. громадное здание из розового гранита с высокой часовой башней – помещение окружной администрации. От центральной площади веером расходятся несколько улиц, застроенных прелестными домами в викторианском стиле, выглядящими так, будто Браттл Стрит перенеслась из Кембриджа на юго-запад. Но сейчас округ сильно обеднел. Хотя в небольшом количестве хлопок выращивается и сейчас, так же как пшеница и кукуруза, но цены уже не те. В сорока минутах езды по шоссе к северу находится Даллас, и несколько преуспевающих жителей этого города переселились в свое время в Ваксахачи в поиске сельской тишины и покоя. Однако быстро растущие в Далласе и Форт Уорте авиационная промышленность и производство компьютеров до округа Эллис не добрались. В 1988 г. число безработных в Ваксахачи составляло 7 %. Неудивительно, что в администрации округа поднялся большой переполох, когда 10 ноября 1988 г. было объявлено, что округ Эллис избран местом строительства самого большого и самого дорогого научного прибора в мире – Сверхпроводящего суперколлайдера (ССК).

Проектирование ССК началось за шесть лет до этого. В то время министерство энергетики занималось хлопотным проектом под названием ИЗАБЕЛЛА, который уже находился в стадии строительства в Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг Айленде. Предполагалось, что ускоритель ИЗАБЕЛЛА станет наследником существующего ускорителя в Лаборатории им. Ферми (Фермилабе) под Чикаго, в качестве ведущего американского центра экспериментальных исследований по физике элементарных частиц. Начавшись в 1978 г., строительство ускорителя ИЗАБЕЛЛА сразу же затормозилось на два года из-за проблем с конструкцией сверхпроводящих магнитов, которые должны были удерживать на орбите сфокусированный протонный пучок. Но была и другая, более глубокая проблема, связанная с этим проектом. Хотя после окончания строительства этот ускоритель стал бы самым мощным в мире, все же его мощности не хватало на то, чтобы ответить на вопрос, ответ на который страстно желали получить все физики: как нарушается симметрия между слабым и электромагнитным взаимодействиями?

Описание слабых и электромагнитных взаимодействий в рамках стандартной модели элементарных частиц основано на точной симметрии, подчиняясь которой эти взаимодействия входят в уравнения теории. Однако, как мы видели, эта симметрия отсутствует в решениях уравнений, т.е. свойствах самих частиц и взаимодействий. Любая версия стандартной модели, допускающая такое нарушение симметрии, должна обладать свойствами, которые еще не обнаружены экспериментально – должны существовать либо новые слабовзаимодействующие частицы, называемые хиггсовскими частицами, либо новые сверхсильные взаимодействия. Мы не знаем, какой из вариантов реально осуществляется в природе, поэтому такая неопределенность препятствует продвижению за рамки стандартной модели.

Единственным надежным способом разрешения этого вопроса является эксперимент, в котором есть возможность потратить триллионы электрон-вольт, чтобы породить либо хиггсовские частицы, либо массивные частицы, удерживаемые вместе сверхсильными взаимодействиями. Оказывается, что для этого необходимо довести полную энергию пары сталкивающихся протонов до 40 триллионов эВ, так как энергия каждого протона делится между входящими в его состав кварками и глюонами, и только примерно одна сороковая доля полной энергии может быть использована для рождения новых частиц в процессе соударения любого кварка или глюона из одного протона с кварком или глюоном из другого. Однако недостаточно просто выстрелить пучком протонов энергией 40 триллионов эВ по неподвижной мишени, так как тогда почти вся энергия налетающих протонов будет растрачена на отдачу протонов мишени. Чтобы надежно решить вопрос о нарушении электрослабой симметрии, необходимы два пучка протонов энергией 20 триллионов эВ, которые сталкивались бы лоб в лоб, так что суммарный импульс двух столкнувшихся протонов был бы равен нулю и не было бы никаких потерь энергии на отдачу. К счастью, можно быть уверенными в том, что ускоритель, на котором интенсивные встречные пучки протонов ускоряются до энергии 20 триллионов эВ, способен разрешить проблему нарушения электрослабой симметрии, т.е. на нем будет обнаружена либо хиггсовская частица, либо свидетельства новых сильных взаимодействий.

В 1982 г. среди физиков – теоретиков и экспериментаторов – начала бродить идея, что проект ИЗАБЕЛЛА должен быть отброшен за ненадобностью, и его следует заменить постройкой значительно более мощного нового ускорителя, в опытах на котором можно было бы разрешить проблему нарушения электрослабой симметрии. Тем летом состоялось первое заседание неофициальной рабочей группы Американского физического общества, на котором впервые детально рассматривался проект ускорителя на сталкивающихся протонных пучках с энергиями по 20 триллионов эВ, т.е. в пятьдесят раз больше, чем планировалось в проекте ИЗАБЕЛЛА. В феврале следующего года подкомитет Консультативного комитета по физике высоких энергий Министерства энергетики под председательством Стенли Вожички начал серию встреч, на которых обсуждались параметры ускорителя нового поколения. Члены подкомитета встретились в Вашингтоне с советником президента по науке Джеем Кейвортом и получили от него твердые заверения, что администрация благожелательно отнесется к новому большому проекту.

Подкомитет Вожички провел свое решающее заседание в период с 29 июня по 1 июля 1983 г. в Циклотронной лаборатории им. Невиса Колумбийского университета в округе Вестчестер. Приглашенные физики единогласно рекомендовали построить ускоритель, который мог бы ускорять встречные пучки протонов до энергий 10–20 триллионов эВ. Само по себе это голосование не должно было привлечь особое внимание. Ученые в любой области высказывают рекомендации по созданию нового оборудования для своих исследований. Значительно важнее было то, что десятью голосами против семи было рекомендовано прекратить работы по проекту ИЗАБЕЛЛА. Это было невероятно трудное решение, против которого яростно возражал директор Брукхейвена Ник Самиос. (Позднее Самиос назвал это голосование «одним из самых тупых решений, когда-либо принятых в физике высоких энергий»[234]Б234
  Цит. по работе Science 221 (1983): 1040.


[Закрыть].) Решение не только подчеркнуло поддержку подкомитетом проекта нового большого ускорителя, оно политически чрезвычайно затруднило для Министерства энергетики обращение к конгрессу с просьбой о продолжении финансирования проекта ИЗАБЕЛЛА, а если этот проект приостанавливался и не заменялся никаким другим, то получалось, что министерство энергетики вообще остается без проектов строительства установок по физике высоких энергий.

Десятью днями спустя рекомендации подкомитета Вожички были единогласно поддержаны головным консультативным комитетом по физике высоких энергий министерства энергетики. Именно в это время предлагаемый новый ускоритель получил свое теперешнее имя: Сверхпроводящий СуперКоллайдер (ССК) (по-англ. Superconducting Supercollider, SSC. – Прим. перев.). 11 августа 1983 г. министерство энергетики поручило консультативному комитету по физике высоких энергий наметить план проведения исследовательских и конструкторских работ, необходимых для проекта ССК, а 16 ноября 1983 г. министр энергетики Дональд Ходель объявил решение министерства о прекращении работы над проектом ИЗАБЕЛЛА[235]Б235
  Туннель установки ИЗАБЕЛЛА используется сейчас для релятивистского ускорителя тяжелых ионов, который будет использоваться для изучения столкновений тяжелых ионов с целью понять свойства ядерной материи, а не фундаментальные принципы физики элементарных частиц. Ожидается, что этот ускоритель будет готов в 1997 г.


[Закрыть] и обратился к соответствующим комитетам палаты представителей и сената за разрешением направить выделенные на проект ИЗАБЕЛЛА средства на новый проект ССК.

Поиск механизма нарушения электрослабой симметрии безусловно был не единственным доводом в пользу ССК. Обычно при строительстве новых ускорителей типа находящихся в ЦЕРНе или Фермилабе всегда ожидается, что при переходе к более высокому уровню энергий будут обнаружены новые выдающиеся явления. Такие ожидания почти всегда оправдывались. Например, при строительстве старого протонного синхротрона в ЦЕРНе не было никаких определенных идей относительно того, что на нем будет открыто. Безусловно, никто не предвидел, что эксперименты с полученными на этом ускорителе нейтринными пучками приведут к открытию в 1973 г. слабых взаимодействий нейтральных токов, подтвердивших единую теорию электрослабых взаимодействий. Сегодняшние большие ускорители являются потомками циклотронов, построенных в начале 1930-х гг. в Беркли Эрнстом Лоуренсом с целью ускорения протонов до столь высоких энергий, чтобы они смогли преодолеть электрическое отталкивание протонов атомного ядра. При этом у Лоуренса не было никаких идей о том, что может быть обнаружено, когда протоны проникнут вглубь ядра. Бывает и так, что определенное открытие анонсируется заранее. Например, построенный в конце 1950-х гг. бэватрон в Беркли был специально рассчитан на такую энергию (примерно 6 ГэВ), чтобы появилась возможность рождать антипротоны – античастицы протонов, входящих в состав всех обычных атомных ядер. Работающий в наши дни электрон-позитронный коллайдер в ЦЕРНе был построен в первую очередь так, чтобы энергия пучков была достаточной для рождения очень большого количества Z-частиц, которые затем использовались для того, чтобы подвергнуть теорию электрослабых взаимодействий жесткой экспериментальной проверке. Но даже тогда, когда постройка нового ускорителя мотивируется какой-то определенной задачей, наиболее важные открытия на нем происходят совершенно неожиданно. Именно так было с бэватроном в Беркли. Антипротоны на нем действительно были получены, но самым главным достижением стало рождение большого числа неожиданных новых сильновзаимодействующих частиц. Точно так же, с самого начала подчеркивалось, что эксперименты на Суперколлайдере могут привести к значительно более важным открытиям, чем подтверждение механизма нарушения электрослабой симметрии.

Опыты на ускорителях сверхвысоких энергий типа ССК могут даже решить самую важную проблему, с которой столкнулась современная физика, – проблему недостающей темной материи. Нам известно, что большая часть массы галактик, и еще большая часть массы скоплений галактик является темной, т.е. не состоит из светящихся звезд типа Солнца. Еще больше темной материи требуется для того, чтобы объяснить скорость расширения Вселенной в рамках популярных космологических теорий. Такой избыток темной материи не может существовать в форме обычных атомов. Если бы это было так, то существование дополнительного большого числа протонов, нейтронов и электронов повлияло бы на расчеты распространенности легких элементов, образованных в первые несколько минут расширения Вселенной, так что результаты этих расчетов перестали бы согласовываться с наблюдениями.

Так что же такое темная материя? В течение многих лет физики строят предположения о существовании экзотических частиц того или иного сорта, из которых могла бы состоять темная материя. Однако до сих пор эти гипотезы не привели к определенным результатам. Если в экспериментах на ускорителе будет обнаружен новый тип долгоживущих частиц, то, измерив их массу и взаимодействия, мы сумеем вычислить, сколько таких частиц осталось после Большого взрыва, и решить, могут ли они составлять всю или только часть темной материи во Вселенной.

Недавно эти вопросы обострились в результате наблюдений, сделанных спутником СОВЕ (Cosmic Background Explorer). Помещенные на этом спутнике чувствительные приемники микроволнового излучения обнаружили следы ничтожных различий температуры этого излучения при переходе от одной части неба к другой. Эти различия сохранились от эпохи, когда возраст Вселенной был равен всего тремстам тысячам лет. Считается, что такие неоднородности температуры возникли за счет влияния гравитационных полей, созданных слегка неоднородным распределением материи в ту эпоху. Момент времени через триста тысяч лет после Большого взрыва имел решающее значение в истории Вселенной. Она впервые стала прозрачной для излучения, и обычно считается, что неоднородности в распределении материи начали после этого момента собираться в комки под действием собственного притяжения, что привело в конце концов к образованию тех галактик, которые мы видим на небе. Однако неоднородности в распределении материи, вытекавшие из результатов измерений СОВЕ, не соответствуют молодым галактикам. Дело в том, что спутник СОВЕ изучал только нерегулярности очень большого размера, значительно превышавшего тот, который имели сегодняшние галактики в момент времени через триста тысяч лет после Большого взрыва.

Если экстраполировать то, что наблюдал СОВЕ, к много меньшим размерам ранних галактик, и вычислить степень неоднородности вещества на этих сравнительно малых масштабах, то мы столкнемся с проблемой: неоднородности размером с теперешнюю галактику были бы слишком незначительны в эпоху через триста тысяч лет после начала, чтобы вырасти под действием собственной гравитации в сегодняшние галактики. Один из способов преодолеть возникшую проблему заключается в том, чтобы предположить, что неоднородности галактического размера начали гравитационное сжатие уже в первые триста тысяч лет, так что экстраполяция того, что наблюдает СОВЕ, к много меньшим размерам галактик неверна. Однако это невозможно, если вещество Вселенной состоит главным образом из обычных протонов, нейтронов и электронов, так как неоднородности такой обычной материи не могут испытать существенный рост, пока Вселенная не станет прозрачной для излучения. Просто, в более ранние моменты времени любой комок вещества будет разнесен на куски давлением собственного излучения. С другой стороны, экзотическая темная материя[236]Б236
  Это замечание применимо к неоднородностям галактического размера, но не значительно большим неоднородностям, следующим из измерений СОВЕ. Они настолько велики, что даже световая волна не успела бы их пересечь за первые триста тысяч лет после начала современного расширения Вселенной, и поэтому (независимо от того, состоят они их темной материи или нет) они не могли испытать существенного роста за это время.


[Закрыть], состоящая из электрически нейтральных частиц, стала бы прозрачной для излучения намного раньше, и поэтому начала бы гравитационное сжатие в эпоху намного ближе к началу, образуя значительно более сильные неоднородности галактических масштабов, чем те, которые вытекают из экстраполяции данных СОВЕ, и, вероятно, достаточные для того, чтобы вырасти в сегодняшние галактики. Открытие частиц темной материи на ССК подтвердило бы это предположение, пролив, тем самым, свет на раннюю историю Вселенной.

Существует множество других новых явлений, которые могли бы быть исследованы на ускорителях типа ССК: частицы, из которых состоят кварки внутри протонов, любые из множества суперпартнеров известных частиц, требуемых теорией суперсимметрии, новые типы взаимодействий, связанные с новыми внутренними симметриями и т.п. Мы не знаем, существуют ли перечисленные частицы и явления, и если они существуют, могут ли они быть открыты на ССК. Поэтому ободряющим является уже то, что мы заранее знаем по крайней мере об одном открытии огромного значения, которое можно совершить на ССК, – установлении механизма нарушения электрослабой симметрии.

После того, как министерство энергетики приняло решение о строительстве ССК, несколько лет ушло на планирование и проектирование, прежде чем смогло начаться само строительство. На основании давнего опыта известно, что хотя такое предприятие и спонсируется федеральным правительством, руководство им лучше всего осуществляется частными агентствами, поэтому министерство энергетики передало управление исследовательскими и конструкторскими работами университетской исследовательской ассоциации, некоммерческому консорциуму из шестидесяти девяти университетов, уже руководившему в свое время постройкой Лаборатории им. Ферми. Ассоциация в свою очередь привлекла университетских специалистов и ученых из промышленности в совет наблюдателей за постройкой ССК. Этот совет передал полномочия по детальной разработке конструкции ускорителя центральной конструкторской группе в Беркли, которую возглавил Маури Тайгнер из Корнеллского университета. К апрелю 1986 г. центральная конструкторская группа завершила проектирование. Ускоритель должен был представлять собой туннель диаметром три метра, образующий овал длиной 83 км, в котором должны были ускоряться летящие в противоположных направлениях два тоненьких протонных пучка энергией 20 триллионов электрон-вольт. Протоны удерживались на своей траектории 3 840 отклоняющими магнитами (длиной 17 м каждый) и фокусировались другими 888 магнитами. В целом, на все магниты должно было уйти 41 500 т железа и 19 400 километров сверхпроводящего кабеля. Они должны были охлаждаться 2 миллионами литров жидкого гелия.

30 января 1987 г. проект был одобрен Белым домом. В апреле министерство энергетики приступило к поиску места строительства, обратившись с просьбой к заинтересованным штатам высказывать свои предложения. К установленному сроку, 2 сентября 1987 г., оно получило сорок три предложения (общее число документов весило около 3 т) от штатов, желавших осуществить проект ССК на своей территории. Комитет, назначенный национальными академиями науки и техники, уменьшил число заявок до семи «лучше всего обоснованных» мест, и, наконец, 10 ноября 1988 г. министр энергетики объявил решение министерства: ССК будет построен в округе Эллис, Техас.