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

Автор книги: Стивен Вайнберг

сообщить о нарушении

Текущая страница: 19 (всего у книги 19 страниц)

Отчасти, причина этого выбора лежит глубоко под поверхностью Техаса. На север от Остина до Далласа тянется геологическая формация возрастом 84 млн лет, известная как Остинское меловое отложение. Оно возникло из осадочных пород на дне моря, покрывавшего большую часть Техаса в меловом периоде. Мел непроницаем для воды, достаточно мягок для рытья, и в то же время, достаточно тверд для того, чтобы не было необходимости дополнительно укреплять стены туннеля. Трудно было бы найти более удачный материал, в котором предстояло прорыть туннель ССК.

Тем временем только разворачивалась борьба за финансирование ССК. Критическим для такого рода проектов является первое ассигнование на строительство. До этого момента проект состоит только из исследовательских и конструкторских работ, которые могут быть остановлены так же легко, как были начаты. Но как только начинается само строительство, остановить его политически неудобно, так как остановка означает молчаливое признание, что все деньги, уже потраченные на строительство, выброшены на ветер. В феврале 1988 г. президент Рейган запросил конгресс о выделении 363 млн долларов на строительство, но конгресс выделил только 100 млн и специально позволил тратить эти средства только на разработку и конструирование, но не на строительство.

Проект ССК продолжался так, как будто его будущее было обеспечено. В январе 1989 г. была избрана техническая администрация, и директором лаборатории ССК стал Рой Швиттерс. Этот бородатый, но сравнительно молодой физик-экспериментатор, которому исполнилось тогда 44 года, уже доказал свои способности управленца, возглавляя главную экспериментальную группу на ведущей в США установке по физике высоких энергий – коллайдере Тэватрон в Лаборатории им. Ферми. 7 сентября 1989 г. появились хорошие новости: сенатский комитет согласился ассигновать 225 млн долларов в 1990 бюджетном году причем 135 млн предназначалось на строительство. Проект ССК наконец-то выходил из стадии исследований и конструирования.

Но борьба не закончилась. Каждый год администрация ССК ставила перед конгрессом вопрос о финансировании, и каждый год произносились одни и те же аргументы за и против[237]Б237
  После того, как местом строительства было выбран округ Эллис, в спорах возник новый элемент – зазвучали обвинения со стороны разочарованных политиков из таких штатов, как Аризона, Колорадо и Иллинойс, что Техас выиграл соревнование в выборе места строительства в результате нечестного политического давления. Широко обсуждался тот факт, что выбор министерством энергетики штата Техас в качестве места строительства ССК был объявлен буквально через два дня после избрания президентом США губернатора Техаса Джорджа Буша. После того, как решение о месте строительства ССК было обнародовано, министр энергетики Херрингтон заявил, что специальная комиссия министерства, которая установила рейтинг семи «самых подходящих» мест, была изолирована от политического давления, что он сам не получал выводов комиссии до дня выборов президента, что специальная комиссия сочла место в Техасе безусловно наилучшим, и что только после этого он получил одобрение окончательного решения от президента Рейгана и вновь избранного президента Буша. Я вполне могу поверить, что процесс отбора мог бы быть ускорен так, чтобы объявить решение перед выборами, но тогда это, несомненно, вызвало бы обвинения в том, что момент объявления был выбран специально, чтобы повлиять на важный голос штата Техас. С другой стороны, даже если избрание Джорджа Буша никак не повлияло на выбор места, министерство энергетики, безусловно, было хорошо осведомлено о влиятельности членов Конгресса от Техаса и их полном одобрении ССК, так что можно было надеяться, что решение о месте строительства в Техасе улучшит шансы проекта ССК на получение финансирования от Конгресса. Если так, то это вряд ли следует рассматривать как скандал или как первый и последний случай, когда правительственное агентство занимается подобными расчетами. Во всяком случае, я могу засвидетельствовать, что подобные расчеты не играли никакой роли в выборе семи самых предпочтительных мест комитетом национальных академий, в который я входил. Наш комитет с самого начала рассматривал место в Техасе в качестве одного из главных претендентов. Частично это было связано с исключительно удачными геологическими условиями. Другим важным фактором было наличие крикливой оппозиции строительству ССК в нескольких других, входивших в список наилучших местах, в том числе в лаборатории им. Ферми в штате Иллинойс. В округе Эллис практически каждый житель был рад приветствовать строительство ССК.


[Закрыть]. Только очень наивный физик удивился бы, насколько далеки эти споры от нарушения электрослабой симметрии или окончательных законов природы. Но только очень циничный физик не был бы огорчен самим фактом этих споров.

Единственный самый сильный фактор, заставлявший политиков поддерживать или отвергать ССК, состоял в сиюминутных экономических интересах их избирателей. Гроза проекта в конгрессе, член палаты представителей Дон Риттер сравнил ССК с «казенным пирогом», который некоторые влиятельные конгрессмены поддерживают только из политических соображений. Прежде чем было выбрано место строительства ССК, со стороны тех, кто надеялся, что выбор падет на его штат, была широкая поддержка проекта. Когда я в 1987 г. выступал в поддержку проекта перед сенатским комитетом, один из сенаторов заметил мне, что сейчас ССК поддерживают около сотни сенаторов, но после того, как будет объявлено место строительства, их останется только два. Конечно, поддержка сократилась, однако оценка сенатора была чересчур пессимистичной. Возможно, это связано с тем, что компании по всей стране получили контракты на компоненты ССК, но я полагаю, что это отражает и определенное понимание важности проекта как такового.

Многие оппоненты ССК указывают на срочную необходимость сократить дефицит федерального бюджета. Это было постоянной темой выступлений сенатора Дейла Бамперса из Арканзаса, главного оппонента ССК в сенате. Я могу понять эту озабоченность, но не понимаю, почему начинать сокращение дефицита нужно именно с исследований на переднем крае науки. Можно подумать о многих других проектах – от космической станции до подводной лодки «Морской волк» – стоимость которых много больше, чем у ССК, но внутренняя ценность намного меньше. Может быть, мы должны продолжать другие проекты из-за желания сохранить рабочие места? Однако деньги, потраченные на ССК, обеспечивают такое же количество рабочих мест, как и любой другой проект. Может быть, не будет слишком циничным предположение, что проекты типа космической станции или подводной лодки слишком хорошо политически защищены сетью аэрокосмических и оборонных компаний, так что ССК остается самой уязвимой мишенью для чисто символического акта сокращения дефицита бюджета.

Одной из постоянных тем в дебатах по поводу ССК было противостояние так называемых большой науки и малой науки. Проект ССК вызвал противодействие со стороны ряда ученых, предпочитающих старый и более скромный стиль научного исследования – эксперименты, проводимые профессором и его студентом в комнатке университетского корпуса. Многие из тех, кто работает в современных гигантских ускорительных лабораториях, тоже предпочли бы физику такого рода, однако, в результате прошлых достижений мы столкнулись с проблемами, которые просто невозможно решить с помощью резерфордовских нитки и сургуча. Я понимаю, что многие авиаторы с грустью вспоминают те дни, когда кабины самолетов были открытыми, однако, таким способом не пересечешь Атлантику.

Противодействие проектам «большой науки» типа ССК исходит и от ученых, которые хотели бы потратить деньги на другие исследования (например, свои собственные). Но я думаю, что они сами себя обманывают. Когда конгресс урезал запрос администрации на проект ССК, освободившиеся деньги были направлены не на науку, а на проекты в гидроэнергетике[238]Б238
  См., например, R. Darman, цит. по: Aldhous P. Space Station Back on Track // Nature 351 (1991): 507.


[Закрыть]. Многие из этих проектов являются чистой «кормушкой», и, по сравнению с их стоимостью, средства, потраченные на ССК, являются ничтожными.

ССК также вызвал противодействие тех, кто подозревал, что решение президента Рейгана о его строительстве относилось к тому же типу, что и поддержка проекта противоракетных систем в рамках «звездных войн» и проекта космической станции – этакий бездумный энтузиазм по поводу любого нового большого инженерного проекта. С другой стороны мне кажется, что противодействие ССК у многих коренится и в столь же бездумном отвращении к любому новому большому технологическому проекту. Журналисты регулярно смешивали в одну кучу ССК вместе с космической станцией как ужасные примеры большой науки, несмотря на то, что космическая станция вообще не относится к научным проектам. Противопоставление большой науки и малой науки – хороший способ избежать необходимости обдумывать ценность отдельных проектов.

Определенная важная поддержка проекта ССК была высказана теми, кто рассматривал этот проект, как своего рода индустриальную теплицу, которая ускорит прогресс различных важнейших технологий: криогеники, создания магнитов, работы компьютеров он-лайн и т.п. ССК представлял бы также интеллектуальный ресурс, который мог бы помочь нашей стране увеличить число исключительно одаренных специалистов. Без ССК мы потеряем поколение физиков – специалистов в области физики высоких энергий, которым придется заниматься своими исследованиями в Европе или Японии. Даже те, кто не задумываются об открытиях, сделанных этими физиками, могут понять, что такое сообщество представляет сокровищницу научных талантов, хорошо послуживших нашей стране, начиная с Манхеттенского проекта в прошлом, и заканчивая нынешними исследованиями по параллельному программированию суперкомпьютеров.

Это хорошие и важные доводы для членов конгресса в пользу поддержки проекта ССК, но они не трогают сердце физика. Наше настойчивое желание увидеть ССК завершенным связано с ощущением, что без этого нам, возможно, не удастся продолжить великое интеллектуальное приключение – поиск окончательных законов природы.

* * *

Поздней осенью 1991 г. я отправился в округ Эллис, чтобы посмотреть на место строительства ССК. Как и в большей части этого района Техаса, земля представляла собой слегка холмистую равнину с бесчисленным числом речушек, вдоль которых стояли трехгранные тополя. В это время года земля выглядела некрасиво: главная часть урожая была уже собрана, и поля подготовленные для озимой пшеницы выглядели как сплошная грязь. Только в отдельных местах, где сбор урожая задержался из-за недавних дождей, поля еще белели от хлопка. В небе патрулировали орлы в надежде схватить собирающую колоски мышь. Это не ковбойская страна. В поле я увидел кучку сгрудившихся черных коров и одну белую лошадь. Стада, которые заполняют скотопригонные дворы Форт Уорта, главным образом гонят с ранчо, находящихся далеко на северо-запад от округа Эллис. По дороге к будущему городку ССК хорошие федеральные шоссе типа ферма-рынок постепенно переходят в немощеные окружные дороги, мало чем отличающиеся от грязных дорог, служивших местным хлопководам еще сто лет назад.

Я понял, что доехал до того участка, который был куплен штатом Техас для городка ССК, когда стал встречать забитые досками фермерские дома, ожидающие сноса или перевозки. Примерно в миле к северу можно было увидеть грандиозное новое здание корпуса разработки магнитов. Затем, за молодой дубовой рощицей я увидел высокую буровую установку, которую привезли с нефтяных месторождений на берегу Мексиканского залива, с целью пробурить пробный тоннель шириной 5 м на глубину 80 м до основания остинского мелового отложения. Я подобрал кусочек мела, который добыл бур, и подумал о Томасе Хаксли.

Несмотря на продолжающееся строительство всех зданий и бурение тоннеля, я знал, что финансирование проекта может быть прекращено. Мысленно я мог представить себе, как будут засыпать пробные тоннели и опустеет здание магнитного корпуса, и только у нескольких фермеров останутся постепенно слабеющие воспоминания об огромной научной лаборатории, которую планировали построить в округе Эллис. Возможно, что я находился под влиянием викторианского оптимизма Хаксли, но я не мог поверить, что это случится, или что поиск окончательных законов природы в наши дни будет прекращен.

Никто не может сказать, с помощью какого ускорителя мы сделаем последний шаг к окончательной теории. Я твердо знаю, что эти машины являются необходимым звеном в исторической цепочке великих научных приборов: от сегодняшних ускорителей в Брукхевене, ЦЕРНе, ДЕЗИ, Фермилабе, КЕК и СЛАК к циклотрону Лоуренса, катодной трубке Томсона и еще дальше вглубь времен к спектроскопу Фраунгофера и телескопу Галилея. Будут ли открыты окончательные законы при нашей жизни или нет, все равно замечательно, что мы продолжаем традицию подвергать природу экзамену, вновь и вновь спрашивая, почему все устроено так, как оно есть.

Послесловие ко второму изданию книги. Суперколлайдер один год спустя

Как раз тогда, когда второе издание этой книги ушло в печать в октябре 1993 г., палата представителей проголосовала за прекращение программы строительства Сверхпроводящего суперколлайдера. Хотя в прошлом после таких голосований программу удавалось спасти, похоже, на этот раз решение окончательное. Несомненно, что в ближайшие годы политологи и историки науки не останутся без работы, анализируя это решение, но думаю, что мои комментарии по поводу того, как и почему это случилось, не будут выглядеть слишком поспешными.

24 июня 1993 г. палата представителей повторила свое решение 1992 г. и проголосовала за изъятие финансирования ССК из законопроекта по финансированию энергетики и гидроэнергетики. Это решение не уменьшало финансирование энергетики и не предусматривало увеличение поддержки других областей науки. Просто те суммы, которые предназначались для ССК, стали доступными для поддержки других энергетических проектов. Теперь спасти лабораторию могло только положительное голосование в сенате.

И снова физики из всех уголков США забросили свои письменные столы и лаборатории и собрались летом в Вашингтоне, чтобы лоббировать проект строительства ССК. Театральной кульминацией борьбы за выживание ССК стали дебаты в сенате 29 и 30 сентября 1993 г. Наблюдая за дебатами, я испытывал сюрреалистические ощущения, слушая, как сенаторы в своих выступлениях спорят о существовании хиггсовских бозонов и цитируют в подкрепление своих слов эту книгу. Наконец, 30 сентября сенат 57 голосами против 42 решил продолжить финансирование ССК в полном объеме ($ 640 млн) в соответствии с запросом администрации. Это решение было затем поддержано согласительной комиссией палаты представителей и сената, однако 19 октября палата почти двумя третями голосов отклонила доклад согласительной комиссии и вернула закон о финансировании энергетики в комитет с инструкциями изъять из него финансирование ССК. После этого комитет на своем заседании решил остановить проект.

Почему это произошло? Очевидно, что речь не шла о каких-то трудностях, с которыми столкнулась программа ССК. За тот год, который прошел с момента написания этой книги, под поверхностью округа Эллис в остинских меловых отложениях уже было пройдено 25 км главного туннеля. Завершено здание и частично установлено оборудование линейного ускорителя, первого из серии ускорителей, которые должны разогнать протоны перед началом их пути внутри Суперколлайдера. Завершена работа над 570-метровым туннелем для бустера низких энергий, который должен ускорять поступившие из линейного ускорителя протоны до энергии 12 ГэВ прежде чем запустить их в бустер средних энергий. (По современным стандартам такие энергии кажутся маленькими, но когда я начинал свою работу в физике, энергия 12 ГэВ была недоступна ни одной лаборатории мира.) В Луизиане, Техасе и Вирджинии были построены заводы для массового производства магнитов, которые должны отклонять и фокусировать протоны во время их полета внутри трех бустеров и основного 83-километрового кольца. Рядом с лабораторией разработки магнитов, которую я посетил в 1991 г., появились другие строения – лаборатория тестирования магнитов, лаборатория тестирования ускорительных систем и здание, в котором должны были помещаться огромные холодильные установки и компрессоры для жидкого гелия, необходимого для охлаждения сверхпроводящих магнитов основного кольца. Одна экспериментальная программа – плод труда более тысячи квалифицированных ученых из двадцати четырех стран – была предварительно одобрена, другая близка к завершению.

Не произошло и никаких открытий в области физики элементарных частиц, которые ослабили бы доводы в пользу строительства ССК. Мы все еще безуспешно пытаемся выйти за рамки стандартной модели. Без ССК единственной надеждой остается то, что физики Европы продвинутся вперед со своими проектами и построят аналогичный ускоритель.

Проблемы ССК частично были побочным эффектом не имеющих отношения друг к другу политических веяний. Президент Клинтон продолжал поддерживать проект ССК со стороны администрации, однако, его политическая поддержка была существенно слабее, чем у президента Буша из Техаса, или у президента Рейгана, при котором проект начался. Возможно, самое главное состояло в том, что многие члены конгресса (особенно новые) ощущали необходимость продемонстрировать свою бережливость, проголосовав против финансирования хоть чего-нибудь. Стоимость проекта ССК составляет 0,043 % федерального бюджета, однако проект является удобным политическим символом.

В дебатах по ССК чаще всего звучала нота озабоченности приоритетами. Это действительно серьезный вопрос. Всегда очень трудно тратить деньги на другие дела, видя, как некоторые наши граждане недоедают и не имеют крыши над головой. Но некоторые члены конгресса отмечали, что те преимущества, которые в перспективе получит наше общество, поддерживая фундаментальную науку, перевешивают любой сиюминутный выигрыш, который может быть получен на те деньги, о которых идет речь. С другой стороны, многие члены конгресса, энергично ставившие под сомнение финансирование ССК, регулярно голосовали за другие, значительно менее важные проекты. Более крупные проекты, например космическая станция, пережили этот год не из-за их внутренней ценности, а из-за того, что так много избирателей членов конгресса экономически заинтересованы в этих программах. Возможно, что если бы Суперколлайдер стоил вдвое дороже и обеспечивал вдвое большее число рабочих мест, он бы проскочил легче.

Оппоненты ССК выдвигали обвинения в плохом управлении и безудержно растущей стоимости проекта. На самом деле никаких признаков плохого управления не было, а причиной роста расходов почти всегда были задержки финансирования со стороны правительства. Я утверждал это, давая показания в сенатском комитете по энергетике и естественным ресурсам в августе 1993 г. Но лучшим ответом на эти обвинения было сделанное в августе заявление министра энергетики О’Лири, что после израсходования 20 % от полной стоимости проект готов ровно на 20 %.

Некоторые члены конгресса доказывали, что, несмотря на научную ценность ССК, мы просто не можем позволить себе осуществить его сейчас. Но когда бы ни начал осуществляться проект таких масштабов, в течение тех лет, которые уйдут на его осуществление, обязательно найдется период, когда с экономикой будут нелады. Что же нам делать: не начинать вообще больших проектов, или прерывать их, как только в экономике намечается спад? После того, как мы списываем в корзину два миллиарда долларов и десять тысяч человеко-лет, уже вложенных в ССК, какие ученые или какое иностранное правительство захотят в будущем участвовать в любом подобном проекте, который может быть прерван, как только с экономикой опять что-то не так? Очевидно, что любая программа должна пересматриваться, если к этому вынуждают изменения в науке или технологии. Ведь именно физики – специалисты в области высоких энергий – взяли на себя инициативу по закрытию последнего проекта большого ускорителя ИЗАБЕЛЛА, как только это стало соответствовать изменению физических целей. Но никаких изменений в мотивах постройки ССК не произошло. Прекращая сейчас программу ССК, после всей проделанной работы только потому, что в этом году напряженный бюджет, Соединенные Штаты, похоже, навсегда прощаются с любой надеждой иметь когда-нибудь солидную программу исследований в области физики элементарных частиц.

Возвращаясь мыслями к летней битве, я утешаю себя тем, что некоторые члены конгресса независимо от любых экономических или политических мотивов, заставивших их поддержать ССК, по-настоящему заинтересовались той наукой, ради которой проект осуществляется. Один из них – сенатор Беннет Джонстон из Луизианы, который организовал группу поддержки проекта ССК во время дебатов в сенате. Его родной штат был экономически существенно заинтересован в строительстве магнитов для ССК, но помимо этого Джонстон оказался большим почитателем науки, что продемонстрировала его яркая речь на слушаниях в сенате. То же самое интеллектуальное восхищение наукой можно было обнаружить в заявлениях других членов конгресса: сенаторов Мойнихена из Нью-Йорка и Керри из Небраски, конгрессменов Надлера из Манхэттена и Гепхардта из Миссури, а также научного консультанта президента Джека Гиббонса. В мае 1993 г. я был членом группы физиков, которая встречалась с вновь избранными членами конгресса. После того, как другие поговорили о ценном технологическом опыте, который будет получен при строительстве ССК, я заметил, что хотя не очень разбираюсь в политике, не следует забывать, что есть немало избирателей, искренне интересующихся фундаментальными научными проблемами, а не только любыми технологическими приложениями. Конгрессмен из Калифорнии заметил после этого, что он согласен со мной только в одном пункте – в том, что я не разбираюсь в политике. Чуть позже в комнату вошел сенатор из Мэриленда, и, немного послушав дискуссию о побочных технологических результатах, заметил, что не следует забывать, что многие избиратели, кроме всего прочего, интересуются фундаментальными проблемами науки. Я ушел счастливым.

Дебаты о Суперколлайдере приводят и к более серьезным размышлениям. В течение столетий взаимоотношения науки и общества управлялись молчаливым соглашением. Ученые обычно хотели делать открытия, которые были бы универсальными, красивыми или фундаментальными, независимо от того, можно ли было предвидеть от них какой-либо конкретный выигрыш для общества. Некоторые люди, сами не являющиеся учеными, считают такую чистую науку очень увлекательной, но общество, в лице конгрессмена из Калифорнии, обычно желает поддерживать исследования в области чистой науки, главным образом, в ожидании новых приложений. Обычно такие ожидания оправдывались. Это не означает, конечно, что любая работа в науке обязательно приведет к чему-нибудь полезному. Речь идет о том, что, раздвигая границы знания, мы надеемся обнаружить действительно новые явления, которые могут оказаться полезными, как это случилось в свое время с радиоволнами, электронами и радиоактивностью. При попытках совершить эти открытия мы вынуждены проявлять технологическую и интеллектуальную виртуозность, приводящую к новым приложениям.

Но сейчас этой сделке, похоже, приходит конец. Не только некоторые члены конгресса потеряли доверие к чистой науке. Борьба за финансирование привела некоторых ученых, работающих в более прикладных областях, к отказу в поддержке тех из нас, кто занимается поиском законов природы. Те проблемы, с которыми столкнулся проект ССК в конгрессе, есть лишь один симптом этого разочарования в чистой науке. Другим является недавняя попытка сената потребовать, чтобы национальный научный фонд выделил 60 % своих расходов на социальные нужды. Я не утверждаю, что деньги будут потрачены плохо, но ужасает то, что некоторые сенаторы выбрали исследования в чистой науке как то место, откуда эти деньги можно забрать. Споры об ССК подняли вопросы, значение которых далеко выходит за рамки этого проекта, и которые останутся с нами в грядущие десятилетия.

Остин, Техас

Октябрь 1993 г.