Вложения в науку — это рулетка, в которую играет весь мир

В кинотеатрах продолжается показ фильма «Интерстеллар», который вызвал всплеск интереса к большой науке. О её будущем «Пермской трибуне» рассказал заведующий лабораторией Института механики сплошных сред УРО РАН, доктор физико-математических наук Юрий Райхер.

Юрий Львович, почему идея полётов человека в космос отошла на второй план после появления виртуальной реальности?

— Мне не кажется, что существует такой определённый разрыв в предпочтениях, это во-первых. Во-вторых, даже если с этим согласиться, я бы не стал противопоставлять эти две идеи. Они всё-таки очень разноплановые. Давайте взглянем на сложившуюся ситуацию. Понятно, что не существует мирового научно-технического правительства, которое бы в приказном порядке расставляло и меняло приоритеты. В разных странах, особенно в передовых, идёт очень многоплановая деятельность: Её участниками являются, во-первых, учёные — они продвигают фундаментальную науку, то есть добывают новые знания, устанавливают факты и закономерности, которые прежде не были известны. Работают инженеры-исследователи, которые подхватывают научные достижения и придумывают, как их применить для практических целей: новых технологий или продуктов. Возможность поставить новинку — от термоядерных генераторов до маленьких гаджетов — «на поток», то есть реально её произвести, обеспечивают инженеры. Однако реально запустить этот поток могут только те, у кого есть для этого средства. Мы знаем, что это либо частный бизнес, либо государство.

Отсюда видно: частный бизнес динамичен, заинтересован в быстрой отдаче, можно сказать, весьма суетен. Понятно, что ему для «прокорма» как нельзя лучше подходит виртуальная реальность. Можно быстро и качественно сделать товар, потребитель известен и многочислен, платит сразу. Полёты в космос, согласитесь, совсем другое дело. Разработка и подготовка долги, тяжелы и чрезвычайно затратны, а результата, которым можно гордиться и который, возможно, оправдает усилия, нужно ждать очень долго. Кто может вложиться в такое дело? Как правило, только государство, причём достаточно богатое.

Давайте наложим эту схему на современную действительности с её экономическими и политическими кризисами и нестабильностями. Неудивительно, что в ней информационные технологии процветают, а космические дела запросто могут и притормаживать в своём развитии. Но из этого не следует, что одно — важно, а другое — нет.

Как вообще формируются прорывные научные идеи?

— Да, давайте взглянем на ту кухню, откуда приходят новые «рецепты» для любых технологий, будь то сверхтонкие и сверхбыстрые микросхемы или новые суперпрочные материалы для ракет, или новые принципы их разгона и движения. Эта «кухня» называется фундаментальной наукой.

Поскольку путь от открытия до его полезного использования далёк и извилист, фундаментальную науку никто не рассматривает как источник быстрой прибыли. Любая идея, которая в конечном счёте принесла большую пользу, прежде чем стать благом человечества, долго «варилась» только в умах учёных. Там она множество раз ставилась под сомнение, проверялась, уточнялась и, только пройдя все эти испытания, признавалась. Но и после этого снова и снова проверялась. Примеры из моей науки — физики — стали хрестоматийными: ньютоновская механика, специальная теория относительности, квантовая механика, а затем — квантовая электродинамика.

Что кушали учёные, разрабатывавшие фундаментальную науку, кто давал им деньги на пропитание всё это время? С давних пор система была простой: занимаясь преподаванием в университетах, они учили студентов классической науке и одновременно работали над тем, чтобы двигать науку дальше. Та часть студентов, в ком сочетались любопытство к новому и способности это новое добывать, вливалась в этот поиск, формируя следующее поколение учёных, которое занимает место уходящего. Эта великая цепь никогда не прерывалась. Работает она и сейчас.

Стараниями учёных сумма фундаментальных знаний, которыми располагает человечество, непрерывно увеличивается. Овладевать ими становится всё труднее, наука усложняется и разветвляется. Не только число университетов стало огромным, но и, наряду с ними, понадобились специальные учреждения, где основной задачей тех, кто там занят, является добыча новых знаний. В России такую роль играют институты Академии наук.

В исторической перспективе фундаментальная наука фантастически выгодна. По известным подсчётам, одна только разработка физики электромагнитных явлений — середина XIX века — окупила все фундаментальные исследования на века вперёд. Однако срок между научным открытием и его практическим использованием непредсказуем. Хотя давно придумано название для науки о будущем — футурология, но такого рецепта эта наука о науках, увы, не имеет. Поэтому вложения в фундаментальную науку — своего рода рулетка. И в эту рулетку играет весь мир. Конечно, я имею в виду государства, бизнес, за исключением, может быть, самого крупного, такой стратегии себе позволить не может.

Как я уже сказал, невозможно заказать фундаментальной науке решение конкретной задачи в заданный срок. И это не вопрос о том, хотят учёные добиться результата или нет. Все хотят создать лекарство от всех болезней, все хотят сделать термоядерную реакцию управляемой и безопасной. И что? Как говорится, если собрать вместе девять беременных женщин, ребёнок всё равно не родится за месяц. Ответы на вопросы и на запросы должны созреть.

Очевидны, однако, общие соображения. Если «сжечь гимназии и упразднить науки», то итог предсказуем — позитивных результатов с гарантией не будет. С другой стороны, при благоприятных условиях развитие науки идёт быстрее, поддержка многих направлений создаёт соревнование между научными группами, лучшие мозги конкурируют между собой. В результате вероятность прорыва сильно вырастает. В общем, ясно: если государство держит фундаментальную науку «в тёплой руке», то отдача будет.

Для того, чтобы совершить этот рывок, нужно выйти за пределы существующих научных взглядов?

— Да, это всегда так. Любой прорыв — это шаг за пределы сложившейся логики, он как минимум наполовину замешан на интуиции. Кроме того, прорыву обычно всегда предшествует кризис в самой науке. В физике это достаточно хорошо известно. Ты действуешь в системе существующих понятий, они являются для тебя языком. Существуют законы, которыми ты пользуешься, но явлений гораздо больше, чем того, что разгадано и придумано. Начинают накапливаться «загадки». Первые действия классической, сложившейся на текущий момент науки заключаются в попытке объяснить загадку в привычной логике. Но оказывается, что вот это найденное новое в старую систему понятий никак не укладывается, сколько голову ни ломай. Тогда возникает подозрение, что и не может уложиться. Дальнейшая работа даёт всё больше подтверждений этому подозрению. И его «скрипя зубами» приходится признать. Альберту Эйнштейну приписывают определение: «Наука — это драма идей». Развязкой этой драмы является постройка новой системы понятий, в которой, конечно, присутствует весь прежний опыт, но при этом логику и смысл приобретают все те новые явления, которые в старой системе не находили себе объяснения.

Дальше начинается время расцвета, прогресс идёт быстро, по всему фронту. И так продолжается до новой границы, то есть до накопления многих серьёзных противоречий существующей схеме. По моим представлениям, сейчас у нас довольно «благополучный» период, граница, без преодоления которой двигаться дальше нельзя, отчётливо ещё не видна. Она, возможно, и угадывается, но располагается эта граница очень «далеко» от обычной жизни — там, где действие разворачивается при гигантских энергиях, на супермалых расстояниях и прочее. К этому пределу почти невозможно подобраться с экспериментом, то есть поставить опыт с чётко определёнными условиями, а потом увидеть результат. Изменить условия и повторить попытку. А потом провести анализ и постараться увидеть те закономерности, которыми связаны причины и следствия. Те же теории струн, хоть и очень красивы, но пока что совершенно непроверямы. Так что пока там — простор для фантазии. Время, когда они станут важны и необходимы, ещё не пришло.

Так почему всё же в воздухе не витает каких-то прорывных, по-хорошему революционных научных идей, каких-то фантастических ожиданий от науки? Почему все успокоились?

— Мне кажется, что многим в моём профессиональном сообществе он так или иначе приходит в голову. Однако — таков текущий момент — думать над ним некогда, жизнь стала очень суетной и очень непредсказуемой. А эти размышления требуют тишины, сосредоточенности, отвлечения от текучки и — что, возможно, важнее всего — очень широкого кругозора. Вряд ли сейчас есть кто-то, кто может охватить все «фронты» науки, представить себе, где что происходит.

Даже если взять только физику, то достаточно давно в сообществе сложилось представление, что время универсалов кончилось. И сформулировали это утверждение далеко не дураки, люди очень и очень понимающие. Кто знает: то ли в появлении гениев наступил перерыв, то ли сумма накопленных знаний уже превысила все пределы возможности быть осмысленной одним индивидуумом.

Другое соображение — исходя из скачкообразного характера развития фундаментального знания — заключается в том, что мы находимся в периоде «концептуальной бесконфликтности». Всё, что пока появляется из наблюдений и опыта, так или иначе оказывается объяснимым, не заводит в тупик, из которого можно выбраться только радикальным скачком. Как легко понять, такие спокойные периоды суть другая сторона скачкообразности. Есть анекдот из известной книжки «Физики шутят»: Макс Планк в молодости пришёл к 70-летнему профессору Филиппу Жолли и сказал ему, что решил заниматься теоретической физикой. «Молодой человек, — сказал маститый ученый, — зачем вы хотите испортить себе жизнь? Ведь теоретическая физика уже в основном закончена. Стоит ли браться за такое бесперспективное дело?!»

Напомню, Макс Планк — один из главных создателей квантовой теории. Время у нас такое спокойное. Однако общая философия развития познания говорит о том, что когда-то сумма загадок и необъяснённых явлений увеличится настолько, что назреет кризис понимания, и, хочешь — не хочешь, придётся искать его разрешение. Так было всегда. Но отсутствие фундаментального идейного кризиса вовсе не равносильно тому, что наука стоит на месте. Совсем не так. Это просто значит, что существующая парадигма ещё далеко не исчерпана, в ней ещё много места для новых идей и достижений, причём, в первую очередь, технологически перспективных.

Сколько измерений сегодня считается за норму в физике?

— Физическое пространство-время, которое подразумевается при написании уравнений, определяющих наблюдаемые, подчеркну, величины четырёхмерно: три пространственных измерения и время. Причём ни пространство, ни время не квантуются, то есть не предполагаются состоящими из элементарных неделимых порций. Так что пока мы пространство-время континуумом, то есть каждое измерение формально является бесконечно делимым.

Такова ситуация сейчас. Будет ли она пересмотрена когда-нибудь? Замечательно было бы узнать ответ. Но это означало бы заглянуть в будущее и, возможно, очень далёкое. Я не умею.

А для того, чтобы начать межзвёздные путешествия, нужно пересмотреть параметры измерений пространства?

 — Весело отвечать на такой вопрос, тем более, что я — не астрофизик. Думаю, что самое разумное — подождать, что скажут астрофизики. Если они узнают что-то интересное по этой части, это будет в массмедиа по всему миру, и быстро. А пока что из соображений здравого смысла следует, что всё можно прописать, исходя из той физики, которая известна и проверена. Вблизи больших масс пространство искривляется, а при околосветовых скоростях время течёт по-другому. Эти следствия эйнштейновской теории относительности реальны, доказаны. Для планирования таких полётов они, конечно, важны. Наверняка к этому будет добавляться и что-то новое. Как уже говорил: всему своё время. Поскольку — я уверен — наука будет жить столько, сколько будет жить человечество, то в своё время ребята докопаются.

Писатели-фантасты уже обозначили образы технологий, созданных на основе физики: антигравитация, телепорт и т. п. Можно ли считать это вызовом самой физике?

 — Есть замечательный старый рассказ Р. Джоунса «Уровень шума». Сюжет в том, что военные собирают лучших физиков и рассказывают им о человеке, который изобрёл антигравитацию. Вот только последний его эксперимент оказался неудачным, и изобретатель, проводя его, погиб. В доказательство показывают ролик, где человек надевает на себя какой-то ранец, взлетает, но потом взрывается. Для учёных это — вызов: до антигравитации додумался какой-то простой парень. Главный герой до исступления ломает голову и, наконец, ему приходит идея. Он нащупывает прежде неизвестное решение известного уравнения, делает расчёты и понимает, что эксперимент можно повторить. Однако лишь частично: установка будет весить сотню тонн и будет стоить кучу денег. Но военные, на удивление, согласны. Установку строят, и махина поднимется. Герой не испытывает никакой радости — до того, что сделал молодой изобретатель, ещё очень далеко. И тут ему сообщают, что ролик был подделкой, не было изобретателя, не было антигравитации. Была провокация, с единственной целью — подстегнуть воображение учёных. Для них был создан запредельный уровень шума, их сбили с толку, взбудоражили ум. А результатом стало открытие. С поправкой на суть явления, думаю, что такие образы вполне могут послужить благой цели, направить воображение, заставить искать решение, на первый взгляд, нерешаемой задачи.

Однако, говоря о необычных явлениях или способностях, которые придумывают и описывают фантасты и сказочники, а мастера кинотрюков и виртуальной реальности могут и воспроизвести на экране, хочу заметить следующее. Одна из важнейших полезных функций фундаментальной науки — «отбраковка» того, что невозможно ни при каких условиях. Самый известный пример — вечные двигатели. Пока есть закон сохранения энергии и второе начало термодинамики, вопрос о них закрыт. Как о двигателях первого рода, тех, которые добывают энергию из ничего, так и о двигателях второго рода, работающих с коэффициентом полезного действия 100%. Подчеркну, что это именно фундаментальный результат: совершенно неважно, как выглядит инженерная конструкция, претендующая на реализацию идеи. Ответ всегда: нет, тема закрыта. Согласитесь, что «постановка диагноза» заведомо тупиковым проектам —  это, в том числе, и прямая экономия средств, иногда больших. Ещё один довод в пользу того, что от фундаментальной науки есть прок.

Фундаментальная наука уже готова вывести человека в космос со всеми ноу-хау, придуманными писателями-фантастами?

 — Я мало что знаю о космических делах, моя специальность, скорее, противоположна космическим масштабам, это наночастицы. Однако мне кажется, что вывод человека в далёкий космос — это, по большей части, задача учёных-прикладников и инженеров. Общая закономерность такова, что сам учёный, занимающийся фундаментальной наукой, редко когда может сразу определить, где и как можно использовать вновь добытые полученные знания. За ним всегда идёт инженерия — это ремесло пополам с искусством.

И где сегодня такая связка работает наиболее успешно?

 — Примеров достаточно много. Давайте взглянем на то, что уже на подходе. В квантовой электронике очень интенсивно идёт разработка квантового компьютинга. Это пока ещё не законченное устройство, это — принципы работы, технологии реализации элементарных схем. Но в перспективе могут появиться компьютеры с невероятно низким энергопотреблением и фантастическим по нынешним масштабам быстродействием. Другой пример: управляемая термоядерная реакция. Фундаментальная наука прокладывала путь от водородной бомбы (неуправляемая реакция) до генератора энергии добрых пятьдесят лет. Сейчас прогноз очень твёрдый, но срок достижения цели оценивается ещё лет в двадцать. Подчеркну, двадцать лет интенсивной работы и специалистов по теории плотной плазмы, и прикладников. Третий пример, наверное, больше всего известный, это двигатели внутреннего сгорания на водороде. Такие машины есть, бегают, но до настоящего коммерческого производства дойдут не очень скоро, поскольку там ещё много проблем и с хранением большого запаса водорода и с обеспечением пожарной безопасности системы: ведь при утечке в атмосферу получается гремучая смесь. Очевидно, что там ещё множество интересных инженерных задач.

Редакция «В курсе.ру»
Редакция «В курсе.ру»

Поделиться:

Последние новости