Страх физики

Предисловие

Когда кто-то на вечеринке узнаёт, что я физик, он либо немедленно меняет тему разговора, либо начинает расспрашивать меня о Большом взрыве, других вселенных, сверхсветовых двигателях, кварках, сверхпроводниках, суперструнах или суперколлайдерах. Даже те, кто честно признавались в том, что не любили физику в школе и никогда об этом не жалели, часто слушали рассказы о мистических явлениях, происходящих на переднем крае науки, как заворожённые. Современная физика занимается решением многих космических проблем, о которых так или иначе размышляет любой человек. Однако часто физика представляется людям сложной, недоступной для понимания магией, открытой лишь посвящённым, поскольку многие исследования лежат в областях, страшно далёких от их житейского опыта.

Но существует и более серьёзное препятствие, мешающее многим понять, чем занимается современная физика. Физический подход к решению задач и используемый физиками язык не употребляются большинством людей в повседневной жизни. Для наблюдателей, лишённых присущего физикам особого взгляда на мир, разношёрстный зоопарк физических явлений выглядит непонятным, а зачастую и пугающим.

Для того чтобы представить читателю современную физику в моём понимании, я решил не сосредоточиваться на описании конкретных физических теорий, а рассказать об инструментах, используемых физиками в их работе. Если кто-то захочет оценить сегодняшнее состояние физической науки как с точки зрения интеллектуальной деятельности человека, так и с точки зрения её роли в формировании нашей современной картины мира, то это гораздо проще сделать, имея некоторый начальный багаж, дающий понимание того, как вся эта наука работает. Настоящая книга является не столько учебником по выживанию в джунглях, сколько руководством о том, что необходимо взять с собой в туристический поход, как обойти опасные скалы, где полюбоваться прекрасным видом и как безопасно вернуться домой.

Сами же физики способны продолжать современные исследования только потому, что они, главным образом, руководствуются теми же несколькими фундаментальными принципами, которые мы используем для изучения повседневной жизни. Физическая теория в настоящее время занимается явлениями, происходящими на пространственно-временных масштабах, различающихся более чем на шестьдесят порядков — это означает, что отношение размеров самых крупных изучаемых физиками объектов к самым мелким выражается числом, состоящим из единицы и 60 нулей. Экспериментальные исследования, правда, распространяются на несколько меньший диапазон масштабов. Тем не менее на фоне всего этого зоопарка описание любого явления, сделанное одним физиком, обычно понятно другому, потому что при этом используется не более дюжины основных понятий. Никакая другая область человеческого знания не является настолько обширной и одновременно настолько легко формализуемой.

Отчасти по этой причине моя книга такая тонкая. Инструменты, которыми пользуются физики, малочисленны, и хотя для освоения их в совершенстве необходима учёная степень, для того чтобы просто понять, как они работают, не нужен увесистый фолиант. В каждой из шести глав (разумеется, если вы купите эту книгу) вы найдёте обсуждение одной из ключевых идей, направляющих физиков в их научном поиске. Чтобы проиллюстрировать эти идеи, я подобрал примеры, в каждом из которых я, подобно музыканту, играющему гамму, поднимаюсь от основ до вершин. Подбор примеров может показаться эклектичным, но, концентрируясь в начале главы на том, где мы находимся, я стараюсь в конце привести читателя к пониманию того, куда мы идём.

Кроме того, по этой причине я взял на себя смелость представить наиболее современные концепции. Некоторые читатели с облегчением вздохнут, встретив знакомые идеи, хотя кому-то они могут показаться не вполне понятными. Некоторые из представленных концепций, являясь фундаментальными, в то же время никогда ранее не были представлены в популярной литературе. Но это не важно. Я не собираюсь тестировать на вас новые дидактические методики. Мне хотелось бы дать читателю ощутить скорее вкус физики, нежели её содержание. Я думаю, что для не-учёных понимание физики важнее, чем знание каких-то конкретных её приложений.

Самое главное, что в физике существуют замечательные связи между отдельными фрагментами картины мира, лежащие под поверхностью живописного полотна. Именно эти связи образуют ткань физики. Нет большей радости для учёного, чем обнаружить очередную такую связь и проверить её экспериментально. В конце концов это и делает физику наукой, и, если вы заинтересуетесь ею всерьёз, перед вами откроются поистине безграничные перспективы.

Наконец, я хочу подчеркнуть, что физика — это такая же творческая интеллектуальная деятельность человека, как искусство и музыка. Физика формирует наш культурный опыт. Не берусь судить, что из современного культурного наследия будет более всего востребовано грядущими поколениями, но уверен, что игнорирование культурного аспекта нашей научной традиции было бы серьёзной ошибкой. В конце концов именно наука формирует наше представление об окружающем мире и о нашем месте в нём. Научная безграмотность сегодня тождественна бескультурью. А главная добродетель культурной деятельности — будь то искусство, музыка, литература или науки — это обогащение нашей жизни. Через культуру мы испытываем радость, волнение, воспринимаем красоту, приобщаемся к тайнам мироздания. Единственное, что, на мой взгляд, действительно отличает науку от других вещей в этом списке, это более высокий уровень образования, необходимый для того, чтобы получать от неё удовольствие. Для большинства физиков главным личным оправданием их деятельности является именно получение удовольствия, радости от открытия новых закономерностей и ощущение красоты, проявляющейся в сочетании разнообразия явлений физического мира и простоты лежащих в его основании законов. Так что, с позволения Эрики Йонг[1], эта книга посвящена вопросу: способен ли обычный человек, преодолев предубеждения, получить истинное удовольствие от физики? Надеюсь, что да.