10/01/2009 | Дмитриq Дьяконов. Часть 1

http://www.polit.ru/science/2009/10/01/djakonov1.html
Если вы понимаете квантовую механику, то вы понимаете, как устроен мир вокруг вас
Интервью с физиком-теоретиком Дмитрием Дьяконовым. Часть 1

Одной из самых быстро развивавшихся, легендарных областей физики XX века была квантовая физика. О квантовой физике и физике элементарных частиц из сегодняшнего дня рассказывает в интервью наш постоянный автор, российский физик, доктор физ.-мат. наук, зав. сектором, зам. руководителя отделения Петербургского института ядерной физики РАН, лауреат премии им. А.Гумбольдта (Германия) Дмитрий Дьяконов. В этом году учёный отметил своё 60-летие. Беседовала Татьяна Максименко.
Вы и ваши коллеги взбудоражили мировое сообщество физиков предсказанием о новой элементарной частице – пентакварке. Чем она интересна?
Это элементарная частица, пока гипотетическая, которая как бы двоюродная сестра протонов и нейтронов – из которых состоит всё, что мы видим вокруг. Протоны и нейтроны сделаны из трёх кварков. Мы с моими товарищами В.Ю.Петровым и М.В.Поляковым предсказали, что должны существовать частицы нового типа, которые состоят из пяти кварков, и описали их свойства. В 2000 году мне удалось подговорить одного умного японского экспериментатора, чтобы он поискал пентакварк в своих данных.
Впоследствии в интервью “New York Times” он сказал, что не поверил Дьяконову, но в конце 2002 года японцы, действительно, обнаружили такую частицу, которая абсолютно точно соответствовала нашему предсказанию. Одновременно это было сделано в Москве в Институте теоретической и экспериментальной физики, затем в Америке, Германии, – в очень многих местах. Я такого за свою жизнь не припомню, чтобы 30 или теперь уже, наверное, 40 экспериментов было поставлено – фактически во всех лабораториях мира, где была возможность, – чтобы проверить чьё-то предсказание. Вообще, испытываешь странное чувство, когда тратится много десятков миллионов долларов, чтобы проверить формулы, которые нацарапаны за этим столом.
Но окончательного ответа, существуют ли пентакварки или нет, ещё не получено. Во многих экспериментах, причём в разных странах и в разных условиях, его наблюдают, а в других нет. Так бывает, поскольку все эксперименты разные. Окончательный ответ мы получим, я думаю, через пару лет.
Если существование пентакварка будет надёжно доказано, что это будет для мира?
В том-то и прелесть нашей работы, что ты не знаешь. Задача физика – это понять: невозможно сделать практическое устройство из того, что ты не понимаешь. В тот момент, как ты понимаешь, как что-то «работает», можно сделать практическое устройство. Поэтому я не могу ответить на ваш вопрос. Я могу только сказать, что будут ли экспериментально подтверждены частицы-пентакварки, или они будут «закрыты», это будет результат. Результат поможет нам понять природу, а это потом отражается на нашей жизни.
Физики многое предсказывают – это как гадание на кофейной гуще?
Нет, конечно. Чем физика отличается от астрологии или предсказаний цыганки – это, прежде всего количественная вещь, это основано на математических уравнениях. А нас в школе учили, если математические уравнения написаны, они могут быть решены. Можно получить в результате число. Это число сравнивается с тем, что наблюдается в эксперименте. Если совпадает с экспериментом или с каким-то наблюдением, то это подтверждение того, что ты находишься на правильном пути. Веками разработана целая система, как отличить жульничество от правды в науке, и этим наука отличается от астрологии и других видов надувательства, – что разработана система, как отличить правду от лжи.
Ну и как?
Давайте, я приведу пример... Середина XIX века. Люди были уже умные, они умели, например, рассчитывать движения планет вокруг солнца. Астрономы тоже к тому времени построили хорошие телескопы. И с помощью хороших телескопов можно было измерять положение планет на небе с точностью до одной сотой градуса, это очень-очень мало. И было всё замечательно, было полное согласие теории Ньютона про всемирное тяготение: все планеты крутились по орбитам вокруг Солнца, и астрономы подтверждали положение планет, и всё было в порядке для Марса, Венеры, Сатурна, Юпитера. Была последняя планета – Уран, у которой наблюдалось маленькое отклонение от предсказания. Отклонение было на крошечную величину – на одну пятидесятую градуса! Но учёные того времени взволновались по поводу этого жалкого отклонения в 1/50 градуса и пытались найти объяснение этому.
Дело в том, что если ты не понимаешь отклонения в 1/50 градуса, это тревожный сигнал, что ты, возможно, не понимаешь чего-то гораздо более важного. Это может быть признаком того, что нечто очень фундаментальное, основополагающее неправильно в наших представлениях. Например, что теория Ньютона является неправильной, или она неприменима к движению планет. Всегда, когда есть отличие между предсказаниями теории и экспериментом, это отличие надо понять. Ну вот, была эта проблема про 1/50 градуса, и замечательный французский астроном и математик Леверье предположил, что за Ураном дальше находится ещё одна планета, которая может своим тяготением влиять на движение Урана.
Эта планета была неизвестна. Предположив, что есть такая планета, Леверье рассчитал, как должна двигаться планета Уран под действием дополнительной планеты, чтобы объяснить 1/50 градуса, а дальше ему надо было проверить это. Но он был, как теперь бы сказали, теоретик. У него не было под рукой телескопа, поэтому он написал своему коллеге в Берлинскую обсерваторию астроному Галле: наведи, мол, свой телескоп в такую-то точку звёздного неба и расскажи, что ты там увидишь. Примерно в том же ключе я сказал по поводу пентакварка японскому экспериментатору Такаши Накано: обработай таким-то образом свои экспериментальные данные и скажи, что ты увидишь.
В первую же ясную ночь Галле навёл телескоп в указанную точку неба и к своему изумлению увидел маленькую звёздочку, которой не было в тогдашнем звёздном каталоге. Таким образом, была открыта новая планета. Её назвали Нептун, она была открыта на кончике пера, потому что её предсказал Леверье. Тем самым эта 1/50 градуса сыграла потрясающую роль в истории человечества. Не только была открыта новая планета, но подтверждено, что теория Ньютона правильна, что мы правильно понимаем движение планет, мы правильно понимаем, как устроена солнечная система.
Но в XX веке пришёл Эйнштейн со своей теорией относительности. И сказал, что все расчёты, основанные на механике Ньютона, были неправильны.
Это неточно. Теория относительности Эйнштейна немножко изменяла, немного подправляла старую, заслуженную теорию Ньютона для случая, когда тела двигаются со скоростью, близкой к скорости света.
Скорость света – 300 тыс. км/сек. Это очень большая скорость. И планеты, и ракеты двигаются со скоростью, которая в 100 тысяч раз меньше. Эйнштейн, безусловно, прав. Но его поправка к теории Ньютона – это десятый знак после запятой для тех скоростей, с которыми мы обычно имеем дело. Поэтому, если нас интересует десятый знак после запятой, а для космических ракет это уже важно, тогда нам нужно учитывать поправку, которой нас научил Эйнштейн.
При этом Эйнштейн воплотил свои идеи в математические уравнения. То, что называют общей теорией относительности, это действительно гениальное построение 100-летней давности. Эйнштейн превратил концепцию, что явления природы объективны и не зависят от системы координат, в которой мы наблюдаем то или иное явление, в проверяемую количественную теорию, которую можно было сравнить, и было сравнено с экспериментом. За сто лет было проведено такое количество тончайших сравнений, что мы сейчас не испытываем сомнений, что Эйнштейн был прав.
Однако, как ни парадоксально, теория Эйнштейна тоже не полна, как мы теперь понимаем, и нам придётся в ближайшее время её видоизменять, дополнять. Оказалось, что она не применима к описанию микромира, к очень мелким деталям строения вещества. Там царствует другая царица физики, которая называется Квантовая Механика.
В которую не поверил Эйнштейн?
Да, это поразительная история. В каком-то смысле Эйнштейн был создателем и квантовой механики тоже. В 1905 году молодой Эйнштейн, которому тогда было 26 лет, в один год как бы создал две науки, и обе стали царицами физики на весь XX век. Одна Теория Относительности, а другая Квантовая Механика. Он заложил основы квантовой механики, но у него были какие-то психологические трудности с этой наукой. Потому что она уж слишком сильно отличалась от обыденных представлений, от жизни, от жизненного опыта. И при всей своей гениальности он почему-то считал, что квантовая механика не есть окончательная теория. Но он был неправ.
Квантовую механику создавало много людей, но главными были датчанин Нильс Бор и ряд других людей: Шрёдингер, Гейзенберг, Дирак. Но Нильс Бор прежде всего.
А началось с того, что Резерфорд в 1910 году поставил такой опыт. Он ускорял альфа-частицы, они же ядра гелия, которые пролетали через тонкую золотую пластинку. Удивительным образом небольшое число альфа-частиц отскакивало назад, как будто натыкались на стенку. Резерфорд проанализировал результаты своего эксперимента и пришёл к выводу, что золото состоит из отдельных атомов, и атом выглядит следующим образом: имеется тяжёлое ядро, в котором сосредоточена вся масса, а вокруг ядра витают по орбитам электроны, которые очень лёгкие. Это то самое, что мы часто видим, – всем надоевший символ атома, вы его знаете: ядро и вокруг него такие орбиты из электронов, – вот это детище Резерфорда. Он придумал такую модель атома, которая оказалась почти правильной.
Всё, казалось бы, хорошо: он объяснил свой эксперимент с золотой пластинкой. Но была одна загвоздка. Загвоздка состояла в том, что электроны притягиваются ядром, и простой расчёт по классической физике показывал, что они должны падать на ядро практически мгновенно, за ничтожнейшую долю секунды. И это должно происходить в каждом атоме, а если всё состоит из атомов, и все атомы устроены так, что электроны падают на ядра, значит, материя нестабильна. Что находится в резком противоречии с тем, что мы существуем, значит, атомы стабильны. Такой возник неприятный парадокс.
А почему электроны не падают?
Потому что, когда мы имеем дело с такими мелкими частицами, как электрон, там действуют другие законы. Ньютон перевернулся бы в гробу, если бы узнал, что электроны в атомах не подчиняются его законам, а подчиняются законам другой науки, которая называется квантовая механика. Квантовая механика – наука совершенно удивительная.
Я считаю, что человек, который понимает квантовую физику, находится на полступеньки ближе к Богу. И физикам в начале XX века очень большой кровью далось преодоление психологического барьера, преодоление старых, привычных законов, пока они не поняли, что миром управляют другие законы – законы квантовой физики. Они пришли к этому, потому что были сделаны эксперименты, которые однозначно доказывали, что микромир живёт не по ньютоновским законам. И когда всё это было осознано, была создана наука – квантовая физика или квантовая механика.
И по этим ступенькам Бор пошёл к Богу?
Да, он сделал шаг... Это звучит высокопарно, но я действительно считаю, что если вы понимаете квантовую механику, то вы понимаете, как устроен мир вокруг вас. Понимаете, почему, когда вы берётесь за металл, то он в первые секунды холодный, почему стекло прозрачное, и откуда берётся огромная энергия в ядерном реакторе. Вы понимаете, как работает процессор в вашем компьютере и почему светит солнце, – вы понимаете мир. Поэтому я говорю, что человек, который этим владеет, он на полступеньки ближе к Богу.
А сейчас этому учат студентов-физиков на 2-3 курсе. И они совершенно спокойно усваивают это и используют это в своей работе и личной жизни. Они живут и мыслят по-другому. Люди, которые знают квантовую механику, живут и мыслят иначе, чем люди, которые её не знают.
Среди физиков есть верующие?
Физиков я, пожалуй, не знаю, а верующих математиков знаю. Математикам безразлично, как «на самом деле» – им важна логическая непротиворечивость.
Но Эйнштейн, Ньютон верили в Бога.
Нет, не думаю. Ну, или это такой Бог метафизический, ему свечка не ставится – это другой Бог.
А физика и Бог как тогда соотносятся?
Это глубокий вопрос, одной фразой не отделаешься, но история человечества состоит в том, что мы постепенно отодвигаем границы того, что мы не понимаем, – она отходит. Когда-то не было понятно ничего, когда-то человеку нужно было для объяснения явлений что-то сверхъестественное, что условно называлось Богом. И постепенно, по мере того, как мы узнавали, почему солнце горячее, что вызывает холеру и так далее, нам уже не было необходимости прибегать к Богу при каждой встрече с Непознанным.
А ещё важнее то, что люди ещё вчера жили просто кошмарной жизнью. Нам, сытым, обутым, с пломбами в зубах, вырезанным аппендиксом и стентом в коронарном сосуде, просто не постичь, какой ужасной была жизнь большинства людей всего-то несколько поколений назад. Люди голодали, болели, вечно жестоко страдали, помирали в детском и цветущем возрасте. Как тут не подумать о Боге?
Но физики любят понятие Бог и употребляют слово, может быть, всуе. Но иногда, поскольку не всё познано, мы говорим «Бог устроил это, Бог устроил то...» Часто цитируют, как глубокомысленное, высказывание Эйнштейна: «Бог не играет в кости» и выводят из этого, что он был верующий.
А я уверен, что это был просто рабочий момент в дискуссии, оборот речи. Помню, мой босс и учитель Владимир Наумович Грибов сказал как-то: «Бог отказался от сложностей и сделал всё очень просто…» Это из той же серии, это – фигура речи.
Нильс Бор был молодым человеком, когда он взялся за парадокс о стабильности атомов. Почему он взялся за это? Разве не было тогда более актуальных задач?
Что было в начале 10-х годов XX-го столетия? Газеты обсуждали кризис на Балканах, рекламировались подтяжки и дамское бельё. Ну, как всегда, народ выпивал, ходил на футбол. Атомная физика была в тот момент нечто совершенно бесполезное, как сейчас какая-нибудь космология. Реальная жизнь, реальная техника тогда, – это производство кокса, выплавка стали, динамит. Индустриальной считалась та держава, которая вырабатывала много угля и стали. Делала броненосцы, пушки, паровозы. Вот это было главным.
Но на самом деле судьбу цивилизации определило не это, а определил молодой датчанин Нильс Бор, который в конечном счёте понял, что происходит в атоме.
С тех пор прошло меньше ста лет, и я где-то читал, что больше трети мировой продукции по стоимости – это производство вещей, которые невозможно сделать, если не знать квантовой физики. Потому что вся электроника, компьютеры, мобильники и вся индустрия вокруг них – всё это работает, потому что физики поняли, как устроен атом, и почему электроны не падают на ядро. Поэтому фактически Нильс Бор и его коллеги предопределили всё развитие конца XX века и последующих веков. Мир должен был бы затаить дыхание, когда Бор взялся за задачу, почему электроны не падают на ядро.
Я уверен – как 50 лет спустя работ Нильса Бора возникла электроника, без которой сегодняшняя жизнь немыслима, так и через 50 лет или даже раньше будет техническое приложение нынешних абстракций, какая-нибудь «кварктроника» или ещё как-нибудь она будет называться.
У меня есть книга с фотографией, где Нильс Бор сидит на вилле Карлсберг, на которой вы тоже жили?
Да, я восемь лет работал в Копенгагене, в Дании. Наверное, многие слышали или даже пили пиво Карлсберг. Так вот, главная пивоварня находится в центре Копенгагена. Это целый квартал в городе. Там стоят цистерны, где варится пиво, а посередине пивоварни парк. А в парке находится шикарная вилла со статуями и мраморными барельефами, которая построена основателем этой пивной империи Якобсеном ещё в XIX веке. Сейчас она фактически принадлежит датской королевской академии наук. По завещанию Якобсена, эта вилла предоставляется в жильё ученым. На этой вилле действительно жил Нильс Бор с 1930 года до своей смерти в 1961 году. А мне неслыханно повезло, я тоже там жил с семьёй с 1998 по 2003 год. Я был первым и, возможно, последним не-датчанином, которому выпала великая честь жить на вилле Карлсберг.
На деньги пивного бизнеса в Дании происходит очень много вещей. Там большая часть финансовой поддержки науки идёт из этих денег. Например, Карлсбергская пивоварня содержит большой институт биохимии. Меня любезно пригласил директор и водил по институту: там 21 лаборатория, и только одна занимается собственно пивом. Там изобретают дрожжи, чтобы пиво было ещё лучше. Остальные 20 лабораторий занимаются фундаментальной наукой, не имеющей к пиву никакого отношения, но это происходит на пивные деньги. На пивные же деньги существует 2/3 всех музеев в Дании. Это не государство платит, это частные деньги. Так что в Дании наука и искусство финансируются, и я бы сказал, что неплохо.
Самый запоминающийся случай, который у вас был на вилле, где до вас жил Нильс Бор?
Да вся жизнь там была какой-то сказкой. Большой парк с редкими растениями. Вокруг парка висели таблички «приват», чтобы никто туда не заходил всуе. И я по этому приват-парку в трусах по утрам бегал. Согласно недавно прогремевшей пьесе «Копенгаген», именно в этом саду состоялся знаменитый разговор Бора с Гейзенбергом в 1941 году, из которого Бор понял, что ...немцы делают атомную бомбу. Впоследствии с помощью датских борцов Сопротивления Бор бежал на моторке в Швецию, а оттуда на английском бомбовозе в Англию, где присоединился к работе союзников над бомбой.
Любопытно, что Бор добился аудиенции у Черчилля и пытался втолковать ему, что СССР надо поставить в известность о работе союзников по бомбе. Бор говорил в типичной для глубоких мыслителей сумбурной манере (вспомним Сахарова на Съезде Советов!), и Черчилль был весьма разгневан, потребовал лишить Бора «допуска». По счастью, его удалось убедить, что атомная бомба в значительной мере и есть придумка Бора, и Черчилль затих.
Так что эта вилла – довольно-таки знаменитое место. Мой рабочий стол стоял в комнате, где в XIX веке ещё при Якобсене гостили Пастер и Либих, а впоследствии она была спальней для четы Боров.
При нас там было три садовника, которые стригли траву и поддерживали парк в образцовом состоянии. А на Рождество ставили перед «нашим» домом огромную ёлку. Был мраморный фонтан, который мы с сыном чистили. Конечно, это было весело. Да, а самое смешное, – поскольку это всё посредине пивоварни, то пиво было бесплатно. На нижнем этаже 6 кранов с разными сортами пива, но если тебе было лень спускаться вниз, то можно было любое количество ящиков заказать, и нам на 2-й этаж приносили просто в подарок. Спасибо что я не слишком люблю пиво, а то спиться вполне можно было.
Почему же вы вернулись в Россию, имея постоянную профессорскую должность на Западе?
В какой-то момент я решил, что могу позволить себе роскошь жить и умереть, где я хочу.
А как же наука, как же кварктроника?
Я физик-теоретик, мне нужна ручка, листок бумаги, ну, теперь мне ещё нужен компьютер, чтобы программы разные гонять. Экспериментатору, чтобы реализовать себя, для того, чтобы отвечать на интересные вопросы, – ему нужны приборы, которые стоят дорого. А мне почти ничего не нужно.
Но надо давать себе ясный отчёт в том, что ситуация науки в России бедственная. 70-80% научного потенциала уже потеряно, и, как мы ни стараемся, – такое ощущение, что он не восполняется. Это означает, что в ближайшие годы он упадёт до нуля. И я считаю, что это катастрофа для страны, потому что вся технология держится на тех людях, которые придумывают новое, такие люди должны быть. У нас особенно страшно – почти полный провал учёных моложе 40 лет, самый эффективный возраст, и этих людей нет. Они уехали или бросили науку, все наиболее активные и талантливые люди, они выдавлены. Причинами являются, во-первых, нищенская зарплата, а во-вторых, и может быть даже главное, отсутствие ассигнований на приборы и материалы, без которых человек не может себя реализовать. И это, я боюсь, уже почти невозвратимо.
Я стал пессимистичен по этому поводу не в 90-е годы – тогда все были нищими, – а в самые последние годы, когда деньги в стране появились, включая даже на науку. Но аспирантская стипендия в Академии наук – 1500 рублей. У меня было два потрясающе талантливых аспиранта, но они оба уехали на Запад, потому что 1500 рублей – это уже даже не бедность, и грантами не спастись.
Все начальники якобы пекутся о научном потенциале России. Мне это напоминает, как в советское время говорилось, что границы на замке – от западных шпионов. Но приезжаешь на границу и видишь, что стенка из колючей проволоки имеет ещё навесной козырёк, но он направлен не наружу, а внутрь страны! Так что не надо лживых слов: сразу понятно, с какой стороны границы опасаются нарушителя, от кого стерегут границу. Так и с аспирантскими стипендиями: видишь 1500 рублей - и сразу понятны приоритеты начальства – и Президиума РАН, и Министерства образования и науки.
См. также:
 "Каждому свое..." – физик Дмитрий Дьяконов продолжает дискуссию о науке и вносит предложения по совершенствованию ее организации
 Статья Дм. Дьяконова. Смешивание кварков и загадочная масса протонов. Нобелевская премия по физике 2008 года. В чем состоят достижения лауреатов
 Статья Дм. Дьяконова. Большой адронный коллайдер: Изменится ли наше понимание Вселенной?
 Опрос о РАН: "Бюрократический монстр, обслуживающий сам себя, или какая научная администрация нужна России?" – статья Дмитрия Дьяконова
 Дмитрий Дьяконов: большое открытие произошло там, где его