Текст книги "Вселенная в электроне"

Автор книги: Владилен Барашенков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 17 (всего у книги 18 страниц)

Когда откроют все законы

Есть ученые, которые считают, что такое время может наступить. Например, по мнению Фейнмана, может случиться, что мы будем иметь ответ сначала на 99% вопросов, а затем на 99,99%, после чего исследования потеряют свой смысл, так как мы будем знать практически все. Такого же мнения придерживался недавно умерший советский физик А. С. Компанеец. В своей книге «Может ли окончиться физическая наука» он обосновывал это тем, что число различных видов взаимодействий в физике конечно, по крайней мере для двух из них, для электромагнитного и гравитационного (а теперь можно добавить, что и для слабого распадного), созданы точные, согласующиеся с экспериментом теории. Нет оснований сомневаться, что такие теории вскоре будут разработаны и для остальных взаимодействий. И тогда физики смогут объяснить и рассчитать любое явление природы, подобно тому как, например, ученые-механики используют давно открытые законы Ньютона для конструирования и расчета разнообразных механизмов. Никаких тебе тайн и загадок!

С такими утверждениями никак нельзя согласиться. Ученым уже не раз казалось, что они почти достигли полного понимания законов природы, когда неясности оставались лишь в деталях. Но каждый раз получалось так, что избавиться от этого «почти» и создать совершенно законченную и абсолютно непротиворечивую теорию никак не удавалось. Всегда оставались вопросы, которые упорно не находили ответа. Они превращались в парадоксы, в проблемы, и в конечном счете отсюда возникала новая теория. Так, в самом конце уходившего в историю XIX века Филипп Жолли, учитель Макса Планка, наставлял своего ученика:

– Конечно, в том или ином уголке еще можно заметить или удалить пылинку, но система, как целое, стоит прочно, и теоретическая физика заметно приближается к той степени совершенства, каким уже столетия обладает геометрия. Поэтому едва ли стоит посвящать жизнь и тратить силы на завершение практически уже написанной картины.

Однако прошло всего несколько лет, и Планк вместе с Эйнштейном, де Бройлем и другими физиками открыл ворота в необозримый мир квантовых явлений.

Как мы видели в предыдущих главах, квантовая механика и теория относительности – два кита, на которых покоится фундамент современной физики, содержат уйму нерешенных проблем и неясностей, каждая из которых может стать воротами в новую теорию. Природа неисчерпаема в многообразии своих законов, и надеждам построить окончательную Всеобщую Теорию, которая объясняла бы все явления мира, не суждено сбыться. Такой теории просто не может быть. По мере углубления наших знаний все большее число явлений будет получать точное истолкование. Однако абсолютно точного объяснения дать нельзя. При увеличении точности эксперимента обязательно обнаружатся отклонения, и потребуется новая теория, уточняющая известные законы. Она откроет неизвестные явления и создаст массу новых проблем – трамплин для следующей теории. И так без конца. В этом как раз и проявляется неисчерпаемость природы. С развитием науки число наших вопросов к ней не уменьшается, как это предполагает Фейнман, а, наоборот, их становится все больше – ведь, образно говоря, граница, по которой наше знание соприкасается с океаном неизвестного, становится все длиннее!

Каждый новый шаг на бесконечном пути познания увеличивает могущество человечества, поэтому оно никогда не утратит интереса к получению нового здания. Прекращение фундаментальных исследований равнозначно прекращению поступательного развития общества. Едва ли такое «научно замороженное» общество сможет просуществовать достаточно долго. Рано или поздно оно непременно начнет деградировать.

Вместе с тем неограниченное развитие науки, постоянное расширение ее границ тоже приводит к трудностям, которые в будущем могут существенно затормозить, а потом, возможно, и вообще остановить научно-технический прогресс. Речь идет о быстро возрастающем потоке информации, в котором наука может просто захлебнуться. Это еще один барьер, который предстоит ей преодолеть.

Горе от ума

Первая библиотека была создана Аристотелем в Афинах 2300 лет назад. В январе 1665 года в Париже стала выходить «Газета ученых» – первое в мире периодическое издание, посвященное научным вопросам. В том же году вышел первый номер «Философских протоколов» Английского королевского общества. Сегодня в мире уже свыше трехсот тысяч специальных научных и научно-технических журналов, ежегодно появляется не менее пятидесяти тысяч книг, посвященных науке и ее применению. Поток научной информации удваивается приблизительно каждые десять лет, а в ведущих областях естественных наук даже каждые два-три года. Настоящий информационный потоп!

Учёный теперь уже не в состоянии уследить, что происходит во всех областях его науки. Он едва успевает ознакомиться с информацией, относящейся к той конкретной проблеме, которой он занят в данное время. Размышлять над далеко отстоящими вопросами у него просто нет времени. Чтобы не отстать, ученый вынужден суживать фронт своих исследований. В результате наука дробится, возникает множество отдельных, весьма слабо контактирующих друг с другом разделов, которые иногда рассматриваются даже как новые науки. Сегодня плохо понимают друг друга даже те ученые, которые работают в близких областях. Физик-ядерщик подчас чувствует себя чужестранцем среди коллег, обсуждающих теорию поля, а для радиофизика, попавшего на семинар по элементарным частицам, непонятны не только идеи, но и сам язык, терминология, используемая участниками семинара. Работа ученых все больше напоминает строительство вавилонской башни, которая, по преданию, рухнула из-за того, что у ее создателей не было единого языка и плана.

Быстрое увеличение объема информации, с которой приходится иметь дело специалисту, приводит к удлинению сроков обучения. Чтобы получить высшую научную квалификацию – стать доктором наук, – нужно около двадцати пяти лет. Если человек начал учиться в семь лет, то к двадцати пяти он становится кандидатом наук, а доктором – когда ему уже за тридцать. А в будущем учиться придется еще дольше. Правда, ученый пополняет свои знания всю жизнь. Стоит на несколько месяцев перестать читать статьи в специальных журналах, слушать доклады на семинарах, и вы уже чувствуете, как отстали от своих коллег!

Но еще более важным следствием «информационного потопа» является то, что специалисту становится все труднее привести в систему, осмыслить, а следовательно, и использовать эти знания. В условиях лавинообразного роста информации все большая часть его оказывается попросту утерянной. В книгохранилищах накапливаются издания, которые ни разу не были затребованы читателями. В библиотеке им. В. И. Ленина фонд таких забытых книг насчитывает миллионы наименований. Иногда бывает проще повторить исследование и заново найти решение, чем перерыть горы литературы. Подсчитано, что шестьдесят – восемьдесят процентов инженерных решений в мире предлагается повторно. Только в США убытки от таких повторных решений достигают миллиардов долларов в год.

Создается парадоксальная ситуация, настоящий информационный барьер: чем больше мы узнаем, тем труднее становится приобретать новое и использовать уже имеющееся знание. Вот уж действительно горе от ума!

Положение выглядит настолько серьезным, что, по мнению многих ученых, дальнейшая судьба и сам вид нашей цивилизации в значительной степени определяются тем, какой конкретный путь изберет человечество для преодоления информационного барьера. В решении этой проблемы в конечном счете состоит одна из главных задач современной научно-технической революции. Первая промышленная революция путем широкого внедрения машин в сферу физического труда неизмеримо расширила весьма ограниченные мускульные возможности человека. Новая научно-техническая революция связана с использованием машин в области умственной деятельности для расширения возможностей накопления, хранения и переработки огромных массивов информации.

Для сравнительно небольших интервалов времени, если не заглядывать далеко в будущее, здесь нет принципиальных трудностей. Однако в более далекой перспективе – а при современных темпах развития это, вообще говоря, не такое уж далекое будущее – положение выглядит не столь ясным.

Электронные помощники

Есть оптимисты, которые считают, что острота информационного кризиса будет спадать по мере изобретения все более мощных ЭВМ с огромным резервом электронной памяти, способных почти мгновенно «впитывать» в себя миллиарды слов и чисел, автоматически с огромной скоростью просматривать и сортировать содержимое своей памяти, обмениваться им с другими ЭВМ. Ведь уже сегодня стоимость электронного хранения одного слова значительно ниже стоимости его хранения на бумаге, а применение лазерного луча для чтения и записи позволяет уместить содержание крупной библиотеки на одном-двух дисках размером с обычную долгоиграющую пластинку.

Нет спора, кибернетические системы – важные помощники человека, тем более что уже сегодня ЭВМ способны выполнять за секунду до миллиарда операций типа сложения, умножения, пересылки информации из одной ячейки памяти в другую и так далее. Следующее их поколение сможет выполнять до триллиона операций в секунду. Возможности колоссальные! И все же… Кибернетические устройства не устраняют, а лишь отодвигают наступление «информационного потопа». Для того чтобы они могли оперировать с быстро усложняющейся информацией, распределять ее и обрабатывать в соответствии с вновь возникающими задачами, для них необходимо создавать все более сложные и разветвленные математические программы. А это требует затраты труда высококвалифицированных программистов, хорошо знакомых к тому же с другими разделами науки. Кроме того, чем программа сложнее и чем больше объем просматриваемых ею данных, тем медленнее эта программа работает, – ведь скорость передачи сигналов в системе не может быть бесконечной, она ограничена скоростью света. Удвоение мощности вычислительного центра практически никогда не означает удвоения объема обрабатываемой информации.

Долго и тщательно готовившийся запуск американской ракеты на Венеру сорвался из-за того, что в управляющей программе была допущена, казалось бы, пустяковая ошибка: при кодировании программы действий одна из запятых была случайно заменена на точку. Обычно подобные ошибки приводят к тому, что вычислительная машина не понимает смысла команды, «спотыкается», и к оператору поступает «сигнал бедствия». Однако иногда бывает так, что ошибка лишь несколько изменяет смысл команды. Никакого тревожного сигнала в этом случае не вырабатывается, система проходит все тесты, но при каких-то особых условиях «теряет голову», начинает сбиваться. Так и случилось при запуске американской ракеты. Выявить подобный сбой в работе кибернетической системы очень трудно, а чем сложнее система, тем больше вероятность сбоев… Для надежности приходится вводить специальные программы автоматического контроля, которые часто оказываются сложнее самой контролируемой программы.

Обслуживание программного обеспечения крупной вычислительной машины уже сегодня стоит больше, чем затраты на эксплуатацию всех ее электронных и механических устройств. Если же принять во внимание стоимость разработки программ, то в целом программное обеспечение обходится на порядок дороже стоимости самой машины – «железок», как говорят инженеры, хотя эти «железки», а точнее, кристаллы и микросхемы с сотнями и тысячами деталей, стоят тоже довольно дорого. В будущем «ножницы» между «техническим» и «интеллектуальным» наполнением ЭВМ раздвинутся еще шире. Так что надеждам перескочить через информационный барьер на «кибернетических ходулях», можно думать, не суждено сбыться.

По преданию, правитель одной из восточных стран решил овладеть всей мудростью мира. По его приказу придворные мудрецы собрали самые умные книги, но царь пришел в ужас, увидев длинный караван верблюдов, груженных тысячами тысяч больших и малых книг, и повелел выбрать лишь самое главное, из чего можно вывести все остальное. Несколько десятков лет мудрецы прилежно трудились и, наконец, пригнали к царю всего лишь нескольких груженных рукописями верблюдов. Однако и этого было слишком много, и царь опять отослал мудрецов выбрать самое главное из главного. И снова много лет трудились ученые, пока не свели всю «соль науки» в одну-единственную тоненькую тетрадь, зато теперь такую трудную, что правитель не смог понять в ней ни строчки.

Подобное «сворачивание» науки в информационно более емкие образы и понятия происходит и сегодня. Создаются все более общие и абстрактные теории. Но пробиться к их смыслу становится все труднее. Чтобы понять «язык» физики элементарных частиц, нужно быть знакомым с идеями теории поля, которые, в свою очередь, основаны на квантовой механике и теории относительности, а последние нельзя понять, не имея представлений об электродинамике Максвелла и механике Ньютона. Эта цепочка становится все длиннее.

Математик и философ Анри Пуанкаре когда-то сравнивал науку с беспрерывно расширяющейся библиотекой, где эксперимент обеспечивает новые поступления, а теория их упорядочивает и каталогизирует. Похоже, что теперь эта библиотека близка к такому состоянию, когда для ее пополнения в прежнем темпе не хватает уже ни средств, ни помещений…

Какая наука важнее?

Чтобы вести исследования сразу по всем направлениям, теперь не хватает ни средств, ни людских резервов. Приходится выбирать наиболее важные. Но как узнать, что важнее? Ведь были случаи, когда, казалось бы, второстепенные исследования приводили к выдающимся открытиям! Историки науки любят вспоминать случай, происшедший с Фарадеем, когда посетивший его лабораторию титулованный гость посчитал его опыты с движением магнита внутри катушки с намотанной проволокой бесцельной забавой. Однако из этой «забавы» в последующем выросла вся электротехника. А вспомним опыты австрийца Георга Менделя по скрещиванию различных сортов гороха. К ним тоже относились как к ненужному занятию, из которого, однако, родилась генетика. Как заранее угадать, приведет исследование к важному открытию или закончится тупиком?

В коридоре физического института, о котором рассказывается в известном кинофильме А. Ромма «Девять дней одного года», висела стенгазета с призывом: «Откроем новую частицу в третьем квартале!» Но открытия потому и называются открытиями, что совершенно непредсказуемы.

Сегодня все согласны с тем, что следует планировать прикладные исследования, цель которых – применение открытых «чистой наукой» законов природы в решении конкретных практических задач. Здесь можно оценить, какая задача на данном этапе является более важной. Что же касается «чистой науки», то допустимо ли вообще отдавать предпочтение одним ее разделам в ущерб другим? Не получится ли так, что при этом мы пропустим нечто очень важное? Может, через пропущенные области как раз и проходит «столбовая дорога» в Страну Неизвестного. Польский писатель и философ С. Лем считает, что нельзя отбросить ни одного научного направления. Чем выше развитие науки, тем больше проявляется связей, соединяющих отдельные ее ветви, поэтому нельзя ограничить физику без ущерба для химии или медицины и, наоборот, новые физические проблемы могут приходить, например, из биологии. Другими словами, ограничение темпа развития какой-либо области исследований, которую почему-либо сочли менее важной, может отрицательно сказаться именно на тех областях, для блага которых решено было ею пожертвовать. Такой подход к науке С. Лем считает проигрышем человечества в его противостоянии силам природы. По его мнению, продвигаясь в туманной Стране Неизвестного, наука должна исследовать все пути и тропинки, иначе есть вероятность заблудиться и не найти «столбовой дороги».

Конечно, выбор наиболее важных тем исследований можно было бы поручить самим ученым, наиболее квалифицированным специалистам. Они, на основании своего опыта, могут судить, что является перспективным, а что – нет. Им и карты в руки. Однако как иллюстрацию, насколько могут ошибаться в оценках перспектив даже самые выдающиеся ученые, можно привести высказывание Резерфорда – человека, исследования которого открыли ядерную физику. Он говорил, что пройдут, может быть, столетия, прежде чем энергия атома станет доступной людям. Неожиданное открытие деления тяжелых ядер «сжало» эти столетия в несколько лет. Поразительные просчеты случаются даже в более простых случаях – при прогнозе технических достижений. Так, Герберт Уэллс, писатель-фантаст, которого едва ли можно упрекнуть в робости мышления, в 1902 году утверждал, что военное применение летательных аппаратов тяжелее воздуха станет возможным не ранее середины века, и считал это предположение чрезвычайно смелым.

Безусловно, отсутствие каких-либо ограничений было бы наилучшим условием развития науки – изучай все, что интересно, и никаких забот ни о средствах, ни о помощниках, всего вдоволь! К сожалению, естественная ограниченность наших возможностей предопределяет и неизбежное ограничение научных изысканий. Они существовали на протяжении всей истории науки. Распределение усилий никогда не было одинаковым по всему фронту, какая-то наука – иногда естественная, иногда гуманитарная – всегда была «самой главной». Современное положение специфично лишь в том отношении, что этот фактор развития науки приобрел жизненно важное значение, когда ошибки планирования могут нанести непоправимый ущерб в планетарных масштабах.

Не исключено, что в результате неравномерного развития науки какие-то очень важные сведения об окружающем нас мире будут действительно пропущены и останутся нам неизвестными, однако это вовсе не означает, что дальнейшее развитие человеческого общества в каком-то смысле станет ущербным. Трудно поверить в то, что у человечества только один-единственный «столбовой путь» прогресса. Естественно предположить, что таких, в общем-то, эквивалентных путей много.

Выбор цели

Планирование науки – чрезвычайно сложная задача, которая должна учитывать не только логику развития самой науки, но и многогранные экономические, политические, моральные критерии. В физике, где исследования особенно дороги, необходимость планирования стала остро ощущаться в начале шестидесятых годов. Тогда в основном были уже завершены фундаментальные исследования, связанные с развитием ядерной энергетики, и перед физиками встала задача выработать долгосрочную, на десять – двадцать лет, стратегию научного поиска. Эти вопросы интенсивно обсуждались как в нашей стране, так и за рубежом. Американские ученые пришли к выводу, что, с точки зрения возможных открытий, наиболее обещающей является физика элементарных частиц, за ней следовали эксперименты по проверке общей теории относительности, астрофизические исследования и работы с пучками лазеров. Это, так сказать, очередь чисто научной важности проблем. Однако учет их влияния на военное дело, экономику и другие смежные области вывели на первое место изучение лазеров, на второе – опыты с элементарными частицами, а проблемы астрофизики сдвинулись далеко назад, на двенадцатое место. Внешние факторы оказались очень весомыми.

Близкая программа была разработана в нашей стране, хотя у астрофизики нашлось большее число сторонников. Глядя в прошлое, можно сказать, что сколько-нибудь значительных просчетов при этом не было допущено. Такому планированию доступны и все другие области знания.

Прогноз развития науки на пару десятков лет – задача очень сложная, тем более трудно это сделать на длительный период, скажем, до середины следующего столетия. Это требует оценки возможных изменений в экономических и социальных условиях жизни общества, а они в ближайшие десятилетия могут быть очень значительными. Если быть оптимистом и рассчитывать на то, что мудрость возьмет верх над безрассудством фабрикантов оружия и генералов и человечеству удастся избежать атомной катастрофы, то можно предполагать, что в следующие десятилетия резко возрастет интерес к биологии и вообще к сложным самоорганизующимся системам, естественным и искусственным. Здесь масса фундаментальных и прикладных проблем, решение которых может в корне преобразить жизнь на нашей планете. Несомненно, по-прежнему важное значение будут иметь работы, связанные с освоением и поиском новых источников энергии, – задача, к которой человечество никогда не утратит интереса. Останется интерес к исследованиям микромира и далекого космоса, хотя предсказать их направление невозможно, – эта область науки развивается необычайно быстро, и можно быть уверенным, что в течение ближайших десятилетий будет открыто много такого, о чем мы сегодня и не помышляем.

Ну а дальше, чем будут заниматься ученые в очень отдаленном будущем?