МАСШТАБИРОВАНИЕ РЕАЛЬНОСТИ

6 ДОСТУЧАТЬСЯ 
ДО НЕБЕС
Часть V
МАСШТАБИРОВАНИЕ ВСЕЛЕННОЙ
Глава 19 
Вселенная наизнанку 
423
Глава 20 
Что велико для тебя, мало для меня 
440
Глава 21 
Гости с темной стороны 
460
Часть VI
ПОДВЕДЕМ ИТОГИ
Глава 22 
Думать глобально, действовать локально 
483
Заключение
499
Благодарности
506

ВВЕДЕНИЕ
Мир стоит на пороге великих открытий. Сегодня проводятся са-
мые масштабные и интересные в истории эксперименты в области 
физики элементарных частиц и космологии, и самые талантливые 
физики и астрономы мира объединяют усилия для анализа их ре-
зультатов. Возможно, в ближайшее десятилетие ученые обнаружат 
то, что изменит наши представления о фундаментальном строении 
вещества и структуре самого пространства; не исключено даже, 
что наши представления о природе реальности станут более пол-
ными. Ученые, которые вплотную занимаются этими вопросами, 
уверены, что новые факты не просто дополнят уже имеющиеся. 
Мы с нетерпением ждем открытий, которые приведут к зарожде-
нию принципиально новой парадигмы структуры Вселенной и из-
менят представление об ее устройстве, сложившееся на основании 
прошлых открытий.
10 сентября 2008 г. произошло историческое событие — пер-
вый пробный пуск Большого адронного коллайдера (БАК), на ко-
торый все мы возлагаем большие надежды. Слово «большой» 
в названии относится не к адронам, а к самому коллайдеру. Осно-
ва БАКа — громадный кольцевой туннель длиной 26,6 км*, рас-
положенный между горами Юра и Женевским озером и дважды 
пересекающий франко-швейцарскую границу. Электрические 
поля внутри этого туннеля разгоняют два пучка частиц, в каждом 
из которых движутся миллиарды протонов (протоны принадлежат 
к классу элементарных частиц, известных как адроны, поэтому 
коллайдер — адронный); частицы носятся по окружности, делая 
за одну секунду примерно 11 000 оборотов.
Коллайдер служит площадкой для крупнейших экспериментов 
из тех, какие когда-либо ставились на Земле. Цель ученых — про-
* Я буду часто использовать приближенное значение 27 км. — 
Прим. авт. 

8 ДОСТУЧАТЬСЯ 
ДО НЕБЕС
вести детальные исследования структуры материи на невозмож-
ных доселе расстояниях и при более высоких энергиях, чем ког-
да-либо прежде. При таких энергиях должен возникнуть целый ряд 
необычных элементарных частиц; кроме того, предположительно 
должны возникнуть взаимодействия, имевшие место при рожде-
нии Вселенной — примерно через одну триллионную долю секун-
ды после Большого взрыва.
При проектировании Большого адронного коллайдера при-
шлось задействовать всю изобретательность ученых и инженеров 
и все возможности современной техники; его строительство так-
же оказалось сложнейшей задачей. К огромному разочарованию 
ученых и сочувствующих, всего через девять дней после первого 
успешного пуска в коллайдере из-за некачественной пайки в од-
ном из контактов произошла авария. Однако осенью 2009 г. БАК 
вернулся в строй и заработал даже лучше, чем кто-либо надеялся. 
Так многолетние ожидания стали реальностью.
Весной того же года с космодрома во Французской Гвиане 
были запущены научно-исследовательские космические аппара-
ты — крупнейший космический телескоп Herschel и космическая 
обсерватория Planck. Я узнала об этом от группы радостно воз-
бужденных астрономов Калифорнийского технологического ин-
ститута. Они встречали 13 мая в 5:30 утра в Пасадене, а я гостила 
там, чтобы удаленно наблюдать за эпохальным пуском. Миссия 
Herschel — прояснить процессы формирования и эволюции звезд 
и галактик, а Planck — передать на Землю подробные данные 
об остаточном излучении, сохранившемся после Большого взры-
ва, что позволит больше узнать о начальном периоде эволюции 
нашей Вселенной. Надо сказать, что космический запуск всегда 
вызывает радость и тревогу одновременно — ведь от 2 до 5% их за-
канчиваются неудачей, и тогда пропадают годы работы над спе-
циализированным научным оборудованием спутника, который 
вместе с ракетой падает обратно на Землю. К счастью, этот пуск 
прошел успешно, и весь день приходила информация о благопо-
лучном ходе полета. Тем не менее пройдет еще не один год, пре-
жде чем Herschel и Planck передадут нам ценнейшую информацию 
о звездах и Вселенной.

ВВЕДЕНИЕ 9
***
На сегодняшний момент физика дает прочную базу для наших 
знаний о том, как функционирует Вселенная на самых разных 
пространственных масштабах и при самых разных энергиях. 
Теоретические и экспериментальные исследования позволили 
ученым глубоко понять элементы и структуры — от самых кро-
шечных до громадных. Со временем нам удалось восстановить 
подробную и непротиворечивую картину того, как из отдельных 
кусочков складывается целое. Физические теории описывают, 
как развивался космос: из крошечных составляющих сформиро-
вались атомы, которые в свою очередь слились в звезды, а те — 
образовали галактики и более крупные структуры, разбросанные 
по Вселенной. Затем некоторые звезды взорвались и породили 
тяжелые элементы, которые попали в нашу Галактику и в Солнеч-
ную систему, — без них в конечном итоге не возникла бы жизнь. 
На базе надежных и обширных сведений, полученных при помо-
щи БАКа и космических аппаратов, физики надеются расширить 
наши представления об окружающем мире и достигнуть большей 
точности, чем когда-либо прежде. Это рискованная и амбициоз-
ная затея.
Вероятно, вам доводилось слышать четкое и на первый взгляд 
точное определение науки, противопоставляющее ее всевозмож-
ным системам верований, таким как религия. Однако реальная 
история развития науки далеко не проста. Нам, безусловно, нра-
вится думать — по крайней мере сама я поначалу думала именно 
так, — что наука достоверно отражает реальность и правила, ко-
торым подчиняется физический мир. Но актуальные исследования 
почти неизбежно проходят в ситуации неопределенности, когда мы 
надеемся, что продвигаемся вперед, но не до конца в этом уверены. 
Чтобы достойно ответить на вызовы, ученый должен рождать пер-
спективные идеи и при этом всегда сомневаться в них, проверять 
истинность их самих и вытекающих из них следствий. Научные 
исследования неизбежно балансируют на грани сложных, иногда 
противоречивых или конкурирующих, но, как правило, чрезвычай-
но интересных идей. Задача ученых — расширять пределы челове-

10 ДОСТУЧАТЬСЯ 
ДО НЕБЕС
ческих знаний. Но, когда жонглирование данными, концепциями 
и уравнениями только начинается, их интерпретация часто оста-
ется неясной — причем для всех, включая и самих ученых.
Мои исследования сосредоточены на теории элементарных 
частиц (самых маленьких из известных нам объектов), но иногда 
затрагивают и теорию струн, и космологию (самые крупные объ-
екты). Мы с коллегами пытаемся понять, что лежит в основе мате-
рии, что находится там, далеко во Вселенной, и как связаны между 
собой все фундаментальные величины и свойства, обнаруженные 
экспериментальным путем. Физики-теоретики не проводят насто-
ящих экспериментов, цель которых — определить, какие из имею-
щихся теорий применимы в реальном мире. Вместо этого мы пы-
таемся предсказывать возможные выводы из того, что могут дать 
эксперименты, и разрабатываем новые способы проверки идей. 
Ответы на вопросы, которые мы пытаемся отыскать, вряд ли изме-
нят в ближайшем будущем нашу повседневную жизнь. Но в итоге 
они, возможно, помогут нам понять, кто мы и откуда взялись.
Эта книга — о наших исследованиях и важнейших научных 
вопросах, стоящих перед человечеством. Новые открытия в фи-
зике частиц и космологии способны радикально изменить наши 
представления о мире: о его устройстве, эволюции и силах, им 
управляющих. В книге рассказывается об экспериментальных ис-
следованиях на базе Большого адронного коллайдера и о теоре-
тических работах, в которых ученые выступают как провидцы. 
В ней говорится также о космологических исследованиях — о том, 
как человек пытается проникнуть в суть Вселенной, особенно так 
называемой «темной» материи.
Но это еще не все. Здесь рассматриваются и более общие вопро-
сы, свойственные любым научным поискам. Наряду с описанием 
исследований, идущих в авангарде современной науки, я пытаюсь 
прояснить для читателя природу науки. Вы узнаете, как ученые 
решают, какие именно вопросы перед собой ставить, почему они 
не всегда могут договориться даже об этом и как верные научные 
идеи в конце концов побеждают. Я рассказываю, какими путями 
развивается наука и чем она принципиально отличается от иных 
способов поиска истины, стараюсь раскрыть философские основы 

ВВЕДЕНИЕ 11
науки и описать промежуточные этапы, когда еще неясно, чем за-
кончится дело и кто окажется прав. Кроме того — и это не менее 
важно, — книга показывает, как научные идеи и методы приме-
няются вне науки и способствуют более разумному принятию ре-
шений во всех сферах жизни.
Эта книга предназначена для всех, кто хотел бы получить луч-
шее представление о текущем состоянии теоретической и экс-
периментальной физики, а также о природе современной науки 
и принципах здравой научной мысли. Люди часто не понимают, 
что такое наука и что человечество может узнать с ее помощью. 
И книга — моя попытка развенчать некоторые неверные представ-
ления и, возможно, выразить собственное раздражение от того, 
как сейчас понимают и применяют науку.
Несколько последних лет подарили мне уникальные впечатле-
ния и беседы, которые многому меня научили, и мне хотелось бы 
поделиться ими. Я не являюсь специалистом во всех областях, 
которые затрагиваю, да и рассмотреть их здесь сколько-нибудь 
подробно невозможно. Но все же я надеюсь, что эта книга помо-
жет читателю распознать самые надежные источники научной 
информации — или дезинформации, — что, безусловно, приго-
дится в будущем при самостоятельном поиске ответов. Некоторые 
мои соображения могут показаться очевидными, но более полное 
представление о том, как устроена современная наука, поможет 
лучше разобраться и в текущих исследованиях, и в проблемах, 
с которыми сталкивается в наши дни человечество.
Сегодня, в эпоху приквелов, вряд ли кого-то удивит, что в этой 
работе содержится как бы предыстория сюжета моей предыдущей 
книги «Закрученные пассажи»* и одновременно — информация 
о том, как обстоят дела в сегодня и чего мы ждем в будущем. Она 
заполняет пробелы — описывает научную базу новых идей и от-
крытий — и объясняет, почему мы в настоящий момент с нетер-
пением ждем появления новых данных.
В книге подробности самых современных научных исследова-
ний чередуются с размышлениями о темах и концепциях, на кото-
* Рэндалл Л. Закрученные пассажи. Проникая в тайны скрытых размерностей 
пространства. — М.: УРСС, Либроком, 2011.

12 ДОСТУЧАТЬСЯ 
ДО НЕБЕС
рых зиждется наука и которые помогают разобраться в окружаю-
щем мире. Часть I, главы 11 и 12 части II, главы 15 и 18 части III 
и финальная часть VI (подведение итогов) больше рассказывают 
о научном мышлении, тогда как в остальных главах говорит-
ся преимущественно о физике — о сегодняшнем ее состоянии 
и о том, как мы к нему пришли. В определенном смысле это две 
книги в одной, но читать их лучше всего вместе. Кому-то может 
показаться, что современная физика слишком далека от повсед-
невной жизни, чтобы быть понятной; однако знакомство с ба-
зовыми философскими и методологическими концепциями, на-
правляющими нашу мысль, поможет прояснить для себя как сущ-
ность науки, так и значение научного мышления как такового, 
в чем мы убедимся на множестве примеров. И наоборот, полное 
понимание базовых элементов научного мышления достигается 
лишь на примерах из прикладной науки. Желающие могут, разу-
меется, бегло просмотреть или вообще пропустить одну из двух 
частей, но следует иметь в виду, что лишь вместе они образуют 
гармонию.
Ключевую роль на протяжении всей книги будет играть поня-
тие масштаба. Законы физики — это те рамки, которые соединяют 
теоретические и физические описания в единое логически после-
довательное целое — от мельчайших сгустков частиц, которые 
в настоящее время исследуются на БАКе, до громадного космоса*. 
Категория масштаба принципиально важна как для нашего мыш-
ления, так и для конкретных фактов и идей, с которыми мы будем 
иметь дело. Признанные научные теории имеют свое применение 
на доступных нам масштабах. Но, по мере того как мы получаем 
все новые данные о неисследованных прежде объектах (больших 
и маленьких), эти теории постепенно поглощаются другими, все 
более точными и фундаментальными. В главе 1 мы попытаемся 
определить элементы масштаба и объяснить, почему в физике так 
важно классифицировать объекты по размерам и как новые науч-
ные достижения выстраиваются на фундаменте прежних.
* Большой адронный коллайдер весьма велик, но используется он для изучения 
мельчайших объектов. Причины, по которым он сделан таким большим, будут описаны 
ниже, когда мы рассмотрим детально конструкцию БАКа. — 

жүктеу/скачать 8,11 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: